燃料電池雙極板課件

基于豐田mirai燃料電池雙極板調(diào)研對燃料電池結構（雙極板為主）學習反饋符策煌2015.3.20參考資料：美國專利庫US8785080B2，谷歌學術AReviewofMetallicBipolarPlatesforProtonExchangeMembraneFuelCells:MaterialsandFabricationMethods1基于豐田mirai燃料電池雙極板調(diào)研對燃料電池結構（雙極板為Mirai簡介Mirai使用了液態(tài)氫作為動力能源，液態(tài)氫被儲存在位于車身后半部分的高壓儲氫罐中。Mirai所使用的聚酰胺聯(lián)線外加輕質金屬的高壓儲氫罐可以承受70MPa壓力，并分別置于后軸的前后。液態(tài)氫添加的過程與傳統(tǒng)添注汽油或者柴油相似，但對于安全性和加注設備具有獨立的安全標準。充滿Mirai的儲氫罐大約需要3-5分鐘，在JC08工況下，Mirai的氫儲量可以支持700公里續(xù)航里程。減壓后的液態(tài)氫進入位于乘員艙下方的燃料電池重，氫原子在燃料電池陰極上的反應，釋放電子從而產(chǎn)生電能。多個燃料電池的串聯(lián)使得輸出電壓達到使用的標準。2Mirai簡介Mirai使用了液態(tài)氫作為動力能源，液態(tài)氫被儲問題聚焦——metallicbipolarplates多個燃料電池的串聯(lián)使得輸出電壓達到使用的標準?！猰irai串聯(lián)key——雙極板3問題聚焦——metallicbipolarplates多4455667788雙極板燃料電池發(fā)動機由大量相同的電池元件組成，每個電池元件由一塊雙極板和一層催化劑鍍膜總成，構成陰陽電極。雙極板是燃料電池堆中重要的性能元件，它負責把燃料和空氣分配到兩個電極表面以及電池堆散熱。因此，每個雙極板都必須包括一個外部的流動管道負責氣體分配，和另一個獨立的內(nèi)部冷凍劑通道。每個雙極板還必須有穩(wěn)固的密封措施，這樣發(fā)動機堆中發(fā)動機液可以分開控制。最后還必須要有一個導體表面或涂層使電阻損失最小化。9雙極板燃料電池發(fā)動機由大量相同的電池元件組成，每個電池元件由雙極板在燃料電池中的作用分離氧化劑與還原劑收集電流氣體反應場所10雙極板在燃料電池中的作用分離氧化劑與還原劑10雙極板需解決的問題充分反應化學性能（抗腐蝕，最好能促反應）機械性能（主要是剛性，導電性，導熱性和密度，導熱性最好能控制其保持在相對穩(wěn)定的高效率狀態(tài)下）成本11雙極板需解決的問題充分反應11常見材料——GraphiteBipolarPlates優(yōu)點：良好的導電導熱性，耐腐蝕性缺點：強度，氣密性（上海交通大學燃料電池研究所采用真空加壓的方式,以硅酸鈉濃溶液浸漬石墨雙極板,減少了制造過程中的氣孔）12常見材料——GraphiteBipolarPlates優(yōu)常見材料——compositematerial優(yōu)點：理化性質優(yōu)秀缺點：成本高，技術要求高，應用水平有待提高13常見材料——compositematerial優(yōu)點：理化性常見材料——metallicmeterial優(yōu)點：機械性能優(yōu)異，成本低，來源廣，能提供較大的動力密度缺點：抗腐蝕性不佳14常見材料——metallicmeterial優(yōu)點：機械性動力密度金屬雙極板由于在同類技術中可以提供最好的動力密度，因此在汽車應用中是作為首選的。這使得汽車制造商能夠使用一臺緊湊、輕量且更易裝進車里的發(fā)動機就可獲取巨大的推動力。15動力密度金屬雙極板由于在同類技術中可以提供最好的動力密度，因抗腐蝕，高生產(chǎn)率，機械性能優(yōu)異Metals,suchastitaniumandstainlesssteels,exhibitexcellentmechanicalpropertiesandhaveverylowgaspermeationrates.TheyarealsosuitableformassproductionwithlowscrapratesandarestableinaPEMfuelcellenvironmentwherelowpHvaluesarecommon16抗腐蝕，高生產(chǎn)率，機械性能優(yōu)異Metals,suchas17171818BareMetalsasBipolarPlatesDuetoitslowcostandfavourablephysicalandchemicalproperties,stainlesssteelhasbecometheprimarycandidateforbipolarplateconstruction.Theformationofapassiveoxidelayerprotectstheplatefromcorrosion,butleadstohigherinterfacialcontactresistance19BareMetalsasBipolarPlatesDSurfaceTreatmentsandCoatingsTherearealimitednumberofmaterialsexhibitingacombinationofhighcorrosionresistanceandlowinterfacialcontactresistanceforuseinPEMfuelcells.Furthermore,manyofthesemetalsarerareandprohibitivelyexpensive.Asaresult,thesearchforsurfacetreatmentsofinexpensiveandwidelyavailablemetalsthatarecapableofenhancingtheirperformanceinfuelcellenvironmentsiswellestablishedandunderway.Oneofthepromisingtechniquesinsurfacetreatmentofausteniticstainlesssteelsiscarburization.Anotherpromisingsurfacetreatmenttechniqueistheutilizationofhighlyconductiveandcorrosionresistantcoatings.20SurfaceTreatmentsandCoatingChromium-ContainingFilms.ChromiumnitrideNobleandNonnobleMetalCoatingsCostandrare

FabricationofMetallicBipolarPlatesstampingandhydroforming21Chromium-Contai