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发掘优xiu电堆及核心部件企业,助力燃料电池系统心脏

发布日期: 2020-03-26
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电堆是燃料电池最关键部件

电堆是中国燃料电池产业发展的关键因素之一,低成本、高性能、批量供应的国产电堆是燃料电池汽车成本下降从而与传统汽车竞争的关键。

  • 从成本上看,电堆占燃料电池系统的成本一半,是FCV里单一价ge最gao的部件,随着产能扩张,未来电堆成本有望在下降50%以上;

  • 从性能上看,电堆性能是燃料电池系统乃至整车性能的决定因素;

  • 从技术上看,电堆是整个系统里技术含量最gao部分,无论从流道设计、催化剂制备、MEA合成都有相当门槛。

电堆是发生电化学反应场所,燃料电池动力系统核心部分。电堆工作时, 氢气和氧气分别由进口引入,经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板,经双极板导流均匀分配至电极,通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

在燃料电池产业链中,电堆处于中游核心环节。催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成膜电极和双极板构成电堆的上游。

膜电极

膜电极组件(MEA)是集膜、催化层、气体扩散层于一体的组合件,是燃料电池的核心部件之一。目前,国际上已经发展了3代MEA技术路线

  • 把催化层制备到扩散层上(GDE),通常采用丝网印刷方法,其技术已经基本成熟;

  • 把催化层制备到膜上(CCM),与第1种方法比较,在一定程度上提高了催化剂的利用率与耐久性;

  • 有序化MEA,把催化剂如Pt制备到有序化的纳米结构上,使电极呈有序化结构,有利于降低大电流密度下的传质阻力,进一步提高燃料电池性能,降低催化剂用量。

质子交换膜

质子交换膜作为电解质,起到传导质子,隔离反应气体的作用。

在燃料电池内部,质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道,使得质子经过膜从阳极到达阴极,与外电路的电子转移构成回路,向外界提供电流。

因此,质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用,它的好坏也直接影响电池的使用寿命。

双极板

双极板是由极板和流场组成。主要作用是气体分配、集流、导热和密封。

双极板是电、热的良导体,具有良好的机械性能,很好的阻气性能,耐腐蚀性好等特点,其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。

双极板材质主要是石墨或者合金,其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。

催化剂

作为氢燃料电池反应关键,催化层是由催化剂和催化剂载体形成的薄层。其作用是降低反应的活化能,促进氢、氧在电极上的氧化还原过程、提高反应速率。

催化剂主要采用Pt/C、Pt合金/C,载体材料主要是纳米颗粒碳、碳纳米管、碳须等。对材料要求导电性好,载体耐蚀,催化活性大。

气体扩散层

气体扩散层GDL通常由碳纸或者碳布组成,主要起到传质、导电、传热、支持催化层、导水的作用。GDL必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的导电性、高稳定性。

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