燃料电池堆金属双极板
发布时间:
2021-11-29 13:02
燃料电池金属双极板(BP),也称为流场板,与膜电极堆叠形成电堆。它在燃料电池中起着支撑、收集电流、提供冷却剂通道、分离氧化剂和还原剂的作用。
就功能而言,双极板材料是电和热的良导体,具有一定的强度和气体致密性;稳定性方面,要求双极板在燃料电池酸性(pH=2~3)、电位(E=~1.1V)、湿热(汽水两相流,~80℃)环境下具有耐腐蚀性,且不污染燃料电池其他部件和材料的相容性;在生产方面,双极板材料要求易于加工且成本低。
燃料电池常用的双极板材料有石墨碳板、金属双极板和复合双极板。
1.石墨基双极板在燃料电池环境中具有良好的化学稳定性和高导电性。它是质子交换膜燃料电池研究和应用中应用广泛的材料。但是,它也有一些缺点,如重量大、脆性大、加工成本高等。石墨双极板由于其长期的耐久性而广泛应用于商用车辆中。
2.金属双极板具有导电率高、价格低廉、加工方法多样、机械强度高等优点,但易受腐蚀、金属离子污染、密度高、重量重、表面有氧化膜。金属双极板的技术难点在于成形技术和金属双极板表面处理技术。其中,以非贵金属(如不锈钢、钛)为基体,辅以表面处理技术是研究的热点。主要内容是筛选导电、耐腐蚀、相容的涂层材料和制备工艺,确保涂层的致密性和稳定性
由于车辆空间(尤其是汽车)的限制,乘用车燃料电池具有较高的能量密度要求。金属双极板比石墨和复合双极板具有明显的优势。
金属双极板很大地提高了质子交换膜燃料电池组件的功率密度。金属双极板已成为轿车燃料电池的主流双极板。
3.复合双极板能更好地结合石墨板和金属板的优点。具有密度低、耐腐蚀、易成型等优点,叠层组装后效果更佳。但目前加工周期长,长期工作可靠性差,尚未得到广泛推广。近年来,复合双极板也得到了应用,如石墨/树脂复合材料和碳/碳复合材料,它们在中国具有研发能力。
随着氢燃料电池汽车的快速发展,必然对双极板的质量提出更高的要求。双极板的春天来了!
燃料电池金属双极板的设计特点
燃料电池金属双极板满足以下性能要求:
1.为了在结构上发挥单电池系列的作用,双极板具有高导电性;
2.为了隔离每个腔体的反应气体和散热水,双极板的透气性需要满足要求;
3.反应区的热量迅速转移到冷却剂中,双极板应具有较高的导热系数;
4.考虑到结构强度、振动、功率密度和低温启动,双极板材料的强度、密度和热容也应满足产品性能要求。
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