深度 | 燃料電池全面分析(產(chǎn)業(yè)篇)
13.燃料電池汽車(chē):燃料電池系統(tǒng)/發(fā)動(dòng)機(jī)+輔助電池系統(tǒng)+儲(chǔ)氫瓶+電機(jī)+電控
14.燃料電池系統(tǒng)/發(fā)動(dòng)機(jī):電堆、DC/DC、空氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)
15.燃料電池堆:占系統(tǒng)成本50%,核心是膜電極、雙極板
原理:利用質(zhì)子交換膜技術(shù),使氫氣在覆蓋有催化劑的質(zhì)子交換膜作用下,在陽(yáng)極將氫氣催化分解成為質(zhì)子,這些質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極,在氫氣的分解過(guò)程中釋放出電子,電子通過(guò)負(fù)載被引出到陰極,這樣就產(chǎn)生了電能。
燃料電池堆是電池系統(tǒng)的心臟,成本占電池系統(tǒng)一半以上。
單體燃料電池由雙極板、膜電極組件(MEA)、密封圈等部件組成,其中膜電極組件成本占燃料電池堆的60%,主要是由質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴(kuò)散層組成。
16.MEA膜電極:催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層
膜電極(membrane electrode assembly,MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所,是傳遞電子和質(zhì)子的介質(zhì),為反應(yīng)氣體、尾氣和液態(tài)水的進(jìn)出提供通道,膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的心臟。膜電極通常由5部分組成,即中間的質(zhì)子交換膜、兩側(cè)的陽(yáng)極催化層和陰極催化層,最外側(cè)的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層和陰極氣體擴(kuò)散層。
催化劑:?jiǎn)诬?chē)鉑用量<10g,國(guó)內(nèi)可小規(guī)模生產(chǎn)
催化劑作用于氫氣,使電子離開(kāi)氫原子。目前Pt/C載體型催化劑是PEMFC最常用的催化劑,由納米級(jí)的Pt顆粒(3~5nm)和支撐這些Pt顆粒的大比表面積活性炭構(gòu)成。
質(zhì)子交換膜:全氟磺酸膜是主流,國(guó)內(nèi)具備量產(chǎn)能力
質(zhì)子交換膜的主要作用有兩個(gè):一方面為電解質(zhì)提供氫離子通道,一方面作為隔膜隔離兩極反應(yīng)氣體。此外,質(zhì)子交換膜還需要對(duì)催化劑層起到支撐作用。
質(zhì)子交換膜類(lèi)型主要包括全氟磺酸質(zhì)子交換膜、非全氟化質(zhì)子交換膜、無(wú)氟化質(zhì)子交換膜、復(fù)合膜以及高溫膜。
全氟磺酸膜成型工藝可分為三類(lèi):PESIM擠出成型工藝、溶液澆鑄成型工藝和復(fù)合成型工藝。
GDL氣體擴(kuò)散層:核心是碳紙,國(guó)內(nèi)小規(guī)模生產(chǎn)
氣體擴(kuò)散層通常由基底層和微孔層組成,基底層通常使用多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維非紡材料及碳黑紙,主要起到支撐微孔層的催化層的作用,微孔層主要是改善基底層孔隙結(jié)構(gòu)的一層碳粉,目的是降低催化層和基底層之間的接觸電阻,使得流道氣體以及產(chǎn)生水均布分配。
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