氫的產(chǎn)業(yè)風(fēng)口愈吹愈勁,各路資本正加強產(chǎn)業(yè)布局。不過,氫能裝備中有八項卡脖子技術(shù)被認為是限制整個氫能行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù),分別是氫燃料電池中的催化劑、擴散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板、電堆以及上車之后的系統(tǒng)中的空氣壓縮機、氫循環(huán)泵。
一、燃料電池電堆
燃料電池電堆是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的核心,由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。將雙極板與膜電極交替疊合,各單體之間嵌入密封件,經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢,即構(gòu)成燃料電池電堆。
二、膜電極
作為燃料電池電堆的“心臟”,膜電極很大程度上決定著電堆的性能水平。其結(jié)構(gòu)上由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層三大基礎(chǔ)部件構(gòu)成,是多項物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應(yīng)唯一場所,決定著電堆性能、壽命和成本的上限,高性能、長壽命、低成本的膜電極對于加速氫燃料電池商業(yè)化進程具有重要的意義。目前膜電極占據(jù)電堆成本的60-70%左右,其成本主要由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層構(gòu)成。
三、質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜工作原理
質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane,縮寫為PEM)是一種離子聚合物的半透膜,設(shè)計用于質(zhì)子傳導(dǎo)隔絕氧或氫。能傳遞質(zhì)子但對電子絕緣,起到傳導(dǎo)氫離子、隔絕燃料和氧化劑、阻斷電子的作用。因此,PEM決定了燃料電池的性能、穩(wěn)定性和耐久性,必須具備以下六種基本性能:質(zhì)子導(dǎo)電率、穩(wěn)定性、透氣性、吸水性、水電滲透性以及力學(xué)強度。
四、雙極板
圖源:Interplex官網(wǎng)
燃料電池雙極板的作用是傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生成水。雙極板作為質(zhì)子交換膜燃料電池( PEMFC) 的重要組成部分,質(zhì)量約占電堆的 80% ,成本約占 38% ,幾乎占據(jù)了電堆的所有體積。因此,其材料的選擇與 PEMFC 電化學(xué)性能密切相關(guān),主要集中在石墨、金屬和聚合物復(fù)合材料方面。
五、催化劑
催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件,分別是陽極催化劑和陰極催化劑。陽極催化劑催化反應(yīng)為H氧化反應(yīng),陰極催化劑反應(yīng)為O還原反應(yīng)。H氧化反應(yīng)經(jīng)歷的是兩電子反應(yīng),而O還原反應(yīng)經(jīng)歷的是四電子反應(yīng),電子轉(zhuǎn)移步驟多且復(fù)雜,制約整個反應(yīng)速度。良好的催化劑應(yīng)該具有良好的催化活性、高質(zhì)子傳導(dǎo)率、高電子傳導(dǎo)率和良好的水管理能力、氣體擴散能力。
六、氣體擴散層/碳紙
氣體擴散層位于流場和催化劑層之間,是支撐催化劑層和收集電流的重要結(jié)構(gòu),同時為電極反應(yīng)提供氣體、質(zhì)子、電子和水等多個通道,對燃料電池的耐久性和可靠性具有非常重要的意義。
七、空氣壓縮機
海德韋爾空壓機
燃料電池工作系統(tǒng)的運行離不開空壓機對其提供的壓縮空氣,空壓機的性能直接影響著整個燃料電池系統(tǒng)的壓縮比、效率、噪聲等重要性能指標。
八、氫循環(huán)泵
瑞驅(qū)科技循環(huán)泵
氫氣循環(huán)泵的主要作用:
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