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“八件”氢能设备

2023-03-03 11:17

在氢能装备中,八颈技术被认为是制约整个氢能产业的关键技术。它们是催化剂、扩散层、质子交换膜、膜电极、双极板、氢燃料电池中的电堆,以及登板后系统中的空气压缩机和氢循环泵。

1. 燃料电池堆

燃料电池堆是燃料电池发电系统的核心,由多个单电池串联堆叠而成。所述双极板与膜电极交替重叠,所述密封件嵌于各单体之间。前后板受压后,用螺丝固定,形成燃料电池堆。

2. 膜电极

膜电极作为燃料电池电池组的“心脏”,在很大程度上决定了电池组的性能水平。其结构由质子交换膜、催化剂和气体扩散层三个基本组成部分组成。它是多重材料传递和电化学反应的场所,决定了堆垛性能、寿命和成本的上限。高性能、长寿命、低成本的膜电极对于加快氢燃料电池的商业化进程具有重要意义。目前,膜电极约占堆成本的60-70%,其成本主要由质子交换膜、催化剂和气体扩散层组成。

3.质子交换膜

质子交换膜(PEM)是一种由离子聚合物制成的半透膜,用于质子传导和隔离氧或氢。它可以转移质子,但隔离电子,可以传导氢离子,隔离燃料和氧化剂,并阻挡电子。因此,PEM决定了燃料电池的性能、稳定性和耐用性。它需要具备以下六个基本性能:质子导电性、稳定性、渗透性、吸水性、水电渗透性和机械强度。

4. 双板

燃料电池双极板的作用是传导电子,分配反应气体,带走生成的水。作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部分,双极板约占电池堆质量的80%,成本的38%,几乎占了电池堆的全部体积。因此,其材料的选择与PEMFC的电化学性能密切相关,主要集中在石墨、金属和聚合物复合材料上。

5. 催化剂

催化剂是质子交换膜燃料电池的核心部件,包括阳极催化剂和阴极催化剂。阳极催化剂的催化反应为H氧化反应,阴极催化剂的催化反应为O还原反应。H的氧化反应为二电子反应,O的还原反应为四电子反应。电子转移步骤多、复杂,限制了整个反应速率。好的催化剂应具有良好的催化活性、高质子导电性、高电子导电性、良好的水管理能力和气体扩散能力。

6. 气体扩散层/复写纸

气体扩散层位于流场和催化剂层之间。它是支撑催化剂层和收集电流的重要结构。它还为电极反应提供了多种通道,如气体、质子、电子和水。这对燃料电池的耐久性和可靠性具有重要意义。

7. 空气压缩机

燃料电池工作系统的运行离不开空压机提供的压缩空气。空压机的性能直接影响整个燃料电池系统的压缩比、效率、噪声等重要性能指标。

8. 氢循环泵

氢循环泵主要功能:

1. 将燃料电池电池组出口未反应的氢气回收至燃料电池电池组进口,提高氢气的利用率和安全性;

2. 燃料电池电池组内部电化学反应产生的水循环到氢气进口,起到加湿进口空气的作用,提高燃料电池电池组内的水位,提高水管理能力,改善燃料电池电池组的输出特性;

3.由于氢气循环泵对进气的加湿作用,在氢气进口处省略了附加的加湿系统,使得燃料电池系统更加流线型。

虽然氢气循环泵本质上是一种气体泵,但由于其特殊的应用场景,其发展面临着许多技术问题。


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