深度分析氢燃料电池金属双极板的结构和应用优势
深度分析氢燃料电池金属双极板的结构和应用优势:金属双极板是燃料电池核心部件之一,起到分配反应气体、收集电流、支撑电极材料等作用,是整个电堆的骨架,占整个电堆成本的20-30%,重量的80%。
通常金属双极板由以下五个部件构成:阳极侧密封圈、阳极金属板、阴极金属板、焊缝、阴极侧密封圈。双极板通过将阳极金属板和阴极金属板焊接在一起而成,其阴极侧和阳极侧板的边缘会有槽来布置密封圈,防止反应气和冷却液互窜,同时也防止反应气和冷却液外漏。阳极侧密封圈和阴极侧密封圈的材质相同,因此在工程中统称双极板密封圈。
在氢燃料电池电堆内,金属双极板主要具有以下作用:
支撑MEA;
分隔各单电池;
分隔阴极、阳极反应气体,防止其相互混合;
提供电气连接;
输送反应气体并使之均匀分配;
传导反应热量;
去除水副产物;
承受组装预紧力;
氢燃料电池金属双极板电堆具有明显的优势:
易于做到更大的功率;
可以实现更低温度的无助冷启动;
可以做到更大的功率密度;
易于批量生产,满足车规级要求;
成本更具有竞争力;
有助于减小燃料电池系统的体积和重量;
氢燃料电池金属双极板具有良好的导电性、导热性、阻气性以及机械加工性能,厚度可以达到0.07~0.1mm,大功率金属板电堆的体积因而比石墨板电堆更小,功率密度更大,成为车用电堆的主流,丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO等乘用车均使用金属双极板。
然而,纯金属双极板在质子交换膜燃料电池环境中易受腐蚀,金属板腐蚀后释放出可能毒害催化剂的金属离子,或形成可增加界面接触电阻的致密氧化膜,从而影响燃料电池的输出功率和使用寿命。因此,开发具有高耐腐蚀性、低界面接触电阻、低重量、低体积、高机械制造性能及低成本的金属双极板成为行业研发的目标。
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