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科普贴:燃料电池扫盲

国际新能源网  来源:汽车人参考  日期:2019-01-29
  我国定义的新能源汽车包含电动汽车(纯电动,插电式混合动力)以及燃料电池汽车。
 
  相比于电动汽车,燃料电池汽车被认为是新能源汽车的终级解决方案,早已作为我国战略性的新兴产业而大力发展和支持。
 
  燃料电池的风口是否会全面到来?!在这之前我们不妨先对它做一个基本了解。
 
  基本原理
 
 
  燃料电池的工作原理与传统电池类似,燃料(氢气)在阳极氧化,氧化剂(氧气)在阴极还原。电子经外电路负载从阳极流向阴极,构成回路,产生电流。
 
  不同的是,燃料电池工作时,燃料会被不断地消耗,因此需要一套单独的储存装置来储存燃料。
 
  分类
 
  燃料电池的分类方法很多,常按照电解质的类型,分为碱性燃料电池(AFC),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)以及质子交换膜燃料电池(PEMFC)。
 
  它们的主要特性对比如下图:
 
 
  目前,主流的技术方向是以固体聚合物为电解质,氢气为阳极燃料,空气为阴极氧化物的质子交换膜(PEMFC)燃料电池。
 
  质子交换膜燃料电池(PEMFC)
 
  PEMFC又称固体高分子电解质燃料电池,其组成如下图:
 
 
  主要由两块双极板(阳极板/阴极板),两块附有催化层的兼做气体扩散层的电极,一块质子交换膜组成。
 
  双极板(集流板):由石墨或金属板制成,刻有导气槽,能通过流道(平行、回旋型、蛇行等)将氢气和氧气导入电池。
 
  它是单电池串联组装成电池堆的关键部件,收集并传导电流,支撑膜电极,并起到支撑系统散热和排水的作用。
 
  膜电极(MEA):由最中心的质子交换膜和两边的电极(包括催化剂层和气体扩散层)组成。
 
  质子交换膜(PEM):全氟磺酸为骨架,主要是交换氢质子,隔离燃料和氧化剂。
 
  催化剂层:一般以碳载铂(Pt/C)为催化剂,它是发生电化学反应的场所,也是电极的核心部分。
 
  气体扩散层:一般以碳布或者碳纸作为基底,加上防水剂聚四氟乙烯(PTEE)组成。
 
  主要作用是支撑催化层,收集电流,为电化学反应提供电子通道,气体通道和排水通道的隔层。
 
  简单点来说,质子交换膜燃料电池主要由双极板,膜电极(质子交换膜,催化剂层,气体扩散层),和其他附件(密封装置/散热装置/集流装置等)三大部分组成。
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