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这些技术还会出现在丰田第二代Mirai燃料电池系统上吗?

发布日期: 2019-10-12
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据路透社报道,丰田汽车董事长内山田武(Takeshi Uchiyamada)9月25日在东京举行的氢能国际部长级会议上表示,丰田汽车公司准备在2020年推出第二代Mirai燃料电池汽车。本文分享丰田第二代Mirai燃料电池汽车极板材质、空压机类型和增湿器的发展趋势。

钛极板

燃料电池双极板材质须具备高强度韧性高电导率易成形耐腐蚀轻质低成本等特性。相比石墨和复合双极板,金属双极板因具备良好的导电传热、强度高、气密性好、低热容等材料属性,兼具加工成形简单、成本低等优点,成为燃料电池双极板材质的首xuan。

从耐腐蚀角度来看,钛金属无疑是车用燃料电池金属双极板中有发展潜力的一种材料。受制于导电耐腐蚀涂层成形难成本高等问题,钛双极板目前仅被丰田第yi代燃料电池汽车Mirai使用。据业内人士表示,丰田下一代燃料电池汽车Mirai可能更换钛金属板为不锈钢材质

空压机

燃料电池用空压机可分为离心式、罗茨式、螺杆式、涡旋式等,主要作用为将进堆空气增压。目前,全球各大车企使用的燃料电池空压机类型不完全相同。如本田汽车公司将上一代燃料电池汽车FCX-Clarity搭载的螺杆式空压机更换为离心式(混流式两级增压空压机);丰田汽车公司将旗下2002款FCHV和2008款FCHV-adv燃料电池汽车搭载的涡旋式空压机更换为六叶罗茨式;戴姆勒旗下xinGLC F-Cell燃料电池汽车采用离心式空压机,取代前几代的螺杆式和膨胀机结合形式。

丰田Mirai六叶罗茨式空压机

燃料电池用空压机需要满足无油、低噪声、低成本、小型化、工作范围宽、动态响应快等特点。丰田公司第yi代Mirai燃料电池汽车搭载了由丰田纺织公司开发的六叶罗茨式空压机。罗茨式空压机的优势有:转速较低,不必使用结构复杂的空气轴承;运行区较宽;技术相对成熟。罗茨式空压机缺点有:气体噪音大;效率低;压比低。业内人士表示,离心式空压机(两级增压或带膨胀机)因功率密度、效率和噪声等方面具有hao的总体效果,是未来燃料电池空压机的主流发展趋势。据业内人士表示,丰田公司也在着手开发离心式空压机,丰田下一代燃料电池汽车Mirai可能采用离心式空压机

罗茨式空压机工作原理

增湿器

质子交换膜燃料电池内部发生的电化学反应过程为:阳极侧氢气发生氧化反应,失电子产生氢离子;氢离子通过湿润膜到达阴极侧;阴极侧氧气发生还原反应,与氢离子结合发电。质子交换膜中质子的传导严重依赖于水环境。膜干燥引起质子传导率降低,性能降低;膜过湿引起电化学反应区域堵水和膜溶胀。

在燃料电池系统中,增湿器是调节进气湿度的关键零部件。增湿器的核心工作过程为:电堆阴极侧出口湿润空气流经增湿器(增湿器湿侧);湿润空气携带的水分反扩散至另一侧(增湿器干侧);空气经加压后流经增湿器干侧后被湿润进入电堆。

丰田上一代FCHV-adv燃料电池汽车增湿器

丰田汽车公司在2014年发布的量产燃料电池汽车Mirai上全球取消了增湿器,宣称实现了电堆内部水循环-自增湿。与丰田上一代FCHV-adv燃料电池汽车相比,增湿器的取消直接降低燃料电池系统体积13 L,降低燃料电池系统质量15 kg。丰田汽车公司宣称,通过超薄膜、进气方向相反和氢气循环等方式实现了燃料电池堆自增湿。但燃料电池系统中增湿器的取消影响了电堆的输出性能和耐久性,增湿器取消对电堆性能影响大小与电池流场结构、材料亲疏水性、电极和零部件性能严格相关。盲目取消增湿器换来的系统体积和成本降低只会降低燃料电池堆输出功率和耐久性。

丰田Mirai电堆阴极湿度敏感度分析

目前,国内装车的燃料电池系统中,绝大部分采用了增湿器。据业内人士表示,丰田下一代Mirai燃料电池系统中又加入了增湿器

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