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      氢能源燃料电池
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      有关氢能及燃料电池电堆的知识

      2021-12-21

      氢气进入燃料电池的阳极(步骤) ,然后与包覆在阳极上的催化剂层反应,释放电子形成带正电的氢离子(步骤) ; 氢离子然后通过电解质或电解质进入阴极(步骤) ; 电子流入电路形成电流(步骤) ; Z后阴极催化剂将氢离子与空气中的氧结合形成水,这是燃料电池反应的副产品。


             燃料电池通常根据电解质性质和使用的燃料可以分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)等,例如质子交换膜燃料电池(PEMFC)主要依托质子交换膜传递质子介质、碱性燃料电池(AFC)使用碱性水基电解质如氢氧化钾溶液作为传递质子介质的等。此外根据工作温度的高低还可以将燃料电池分为高温燃料电池和低温燃料电池,前者主要包括固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),后者包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)等。


      质子通过交换膜燃料动力电池(PEMFC)使用水基酸性聚合物膜作为其电解质,由于其较低的工作环境温度(低于100℃)和使用一些贵金属电极(铂基电极)等特点,PEMFC电池必须在纯氢气下工作。相较于其它生物燃料电池,PEMFC具有重要工作过程中温度低、启动发展速度快、功率电子密度高、电解质无腐蚀性、使用寿命长等优点;从而可以成为我国目前主要应用于生活燃料电池研究汽车的主流媒体技术,同时也部分知识应用于各种便携式和固定式机械设备。根据E4 Tech统计数据显示,2019年PEMFC燃料电池企业预计出货量已经达到44100套,占全球经济比重没有达到62%;预计装机容量能够达到934.2MW,占全球产业比重基本达到83%。


      燃料电池主要是通过电化学反应将阳极燃料(氢)和阴极氧化剂(氧)化学能转化为电能,从而驱动整车。具体而言,燃料电池的核心部件包括发动机系统、辅助电源和电机。发动机系统主要包括由电堆、车载储氢系统、冷却系统和 dcdc 电压转换器组成的发动机。烟囱是Z重要的部分,也就是氢和氧反应的地方。该电堆由多个单电池组成,包括双极板、膜电极、端板等。


      电堆的主要材料有膜电极、双极板、端板等。膜电极可分为催化层、扩散层、质子交换膜层等。根据美国能源部的说法,催化剂的使用量随着技术的进步而减少,但成本份额却在增加,这进一步反映了反应堆成本的快速下降。目前,降低电动反应堆成本的主要方法包括:


      1)优化双极板进行性能、端板的集成化、材料的轻量化等来提升电堆功率电子密度;


      2)通过膜电极国产化、石墨双极板工艺技术优化和轻薄化、零部件产品功能以及复合、多功能端板整体发展模具成型系统设计等手段可以降低电堆成本;


      3)通过增加产量的维数可以降低成本。


      氢燃料电池按环节可分为上、中、下游。上游是氢气的生产、运输和储存,将氢气注入加氢站的氢燃料电池系统,形成氢燃料电池系统; 下游应用层次主要是运输、便携式供电和固定电源等。



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