氫燃料電池電堆主要元件介紹

電堆是發生電化學反應的場所,也是燃料電池動力系統核心部分,由多個單體電池以串聯方式層疊組合構成。將雙極板與膜電極交替疊合,各單體之間嵌入密封件,經前、後端板壓緊後用螺桿緊固拴牢,即構成燃料電池電堆。

電堆工作時,氫氣和氧氣分別由進口引入,經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板,經雙極板導流均勻分配至電極,透過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。

氫燃料電池電堆主要元件介紹

燃料電池電堆主要元件介紹

1 、雙極板

雙極板是電堆的核心結構零部件,起到均勻分配氣體、排水、導熱、導電的作用,佔整個燃料電池60%的重量和~20%的成本,其效能優劣直接影響電池的輸出功率和使用壽命。雙極板材料目前主要是石墨雙極板和金屬雙極板。

雙極板基本要求:

(1)收集和傳導電流,要求電導率高;

(2)排除反應生成的水和熱,要求導熱性好、疏水性高、熱容小;

(3)酸性環境,要求耐腐蝕性;

(4)阻隔燃料,要求良好的氣密性;

(5)使用壽命,要求抗振動機衝擊,

(6)密度小,減輕重量;

(7)成本低、工藝簡單。

氫燃料電池電堆主要元件介紹

燃料電池電堆主要元件介紹

2、 膜電極

膜電極是電堆的核心,類似於電腦裡的CPU,決定了電堆效能、壽命和成本的上限。膜電極元件由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層(氣體擴散層)組成。

3 、質子交換膜

質子交換膜是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的核心元件,以全氟磺酸膜為主,目前國產化程序提速。質子交換膜目前主流趨勢是全氟磺酸增強型複合膜,質子交換膜逐漸趨於薄型化,有幾十微米降低到十幾微米,降低質子傳遞的歐姆極化,以達到更高的效能。

4 、催化劑

催化劑是燃料電池的關鍵材料之一,目前燃料電池中常用催化劑是Pt/C,即由Pt的奈米顆粒分散到碳粉(如XC-72)載體上的擔載型催化劑。

受到資源和成本方面的限制,目前Pt的用量已經由10年前的0。8~1g/kW降低到目前的0。1~0。4g/kW。降低燃料電池電堆Pt用量的近期目標(2020年)是下降到0。1g/kW左右;長期目標是催化劑用量達到傳統內燃機尾氣淨化器貴金屬用量水平。

氫燃料電池電堆主要元件介紹

燃料電池電堆主要元件介紹

5、 氣體擴散層

氣休擴散層(GDL)位於流場和膜電極之間,主要作用是為參與反應的氣體和產生的水提供傳輸通道,並支撐膜電極。因此,GDL必須具備良好的機械強度、合適的孔結構、良好的導電性、高穩定性。

氫燃料電池電堆主要元件介紹

燃料電池電堆主要元件介紹

頂部