氢气,绝对清洁的新能源,也被看作解决交通领域碳排放问题的终极方案之一。


从国内来看,虽然纯电动车仍然占主流,但氢燃料电池汽车的研发落地,不管从产业还是政策支持上也从未停滞


在商用车赛道上,


2020年底,潍柴宣布首台国产200吨以上氢燃料-锂电池混合能源矿用卡车自卸车成功下线。2021年,长城控股旗下未势能源科技与大运、东风、福田三家企业合作发布“百辆氢能重卡示范项目”。2020年6月5日,中国第一汽车股份有限公司、东风汽车集团有限公司、广州汽车集团股份有限公司、北京汽车集团有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、丰田汽车公司正式签署合资合同,并宣布成立“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”。丰田中国方面表示,此次合作将研发出具备竞争力且符合中国法规的燃料电池系统。六家公司将通过协商共同规划产品,一条龙式地开展满足中国市场需求的“FC电堆等的组件技术”、“FC系统控制技术”以及“车辆搭载技术”等一系列技术研发工作。由此将大幅缩短从开发到产品化所需时间,加快FCEV在中国商用车市场的普及。该公司将开发出在动力、能耗、耐久性等方面均具备产品力、且成本更低、竞争力更强的燃料电池系统及其主要组件,这也是作为普及FCEV所不可或缺的组成部分。


浅谈一下,氢燃料电池里那些不可或缺的材料~


同时在乘用车赛道,


长城汽车在去年初发布氢能战略,还自研车规级“氢动力系统”全场景解决方案——氢柠技术。同时在去年发布首款氢能C级SUV。除此之外,红旗、吉利、广汽等主流车企,也在最近两年集中推出自己的氢燃料电池汽车。


既然氢燃料电池如此重要,小菱通就来浅谈一下在氢燃料电池里那些不可或缺的材料。


01

 什么是氢燃料电池? 


燃料电池是一种能量转化装置,它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置,因此被称为燃料电池。


对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制。氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。因此反应过程既清洁,又高效


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氢燃料电池汽车示意图(图源网络)


02

 氢燃料电池的工作原理? 


氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂(铂)分解成电子和氢离子(质子)。其中质子通过质子交换膜(Proton Exchange Membrane)到达负极和氧气反应变成水和热量。对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。


氢燃料电池工作原理(图源网络)


03

 氢燃料电池的结构组成? 


电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。


单体电池是由双电极板与膜电极(MEA-催化剂、质子交换膜、GDL)组成。


若干单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即构成燃料电池电堆


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燃料电池电堆图示(图源网络)


其中气体扩散层GDL通常由碳纤维纸或者碳纤维布组成,主要起到传质,导电,传热,支持催化层,导水的作用。是氢燃料单体电池不可或缺的材料之一。


04

 三菱化学碳纤维纸(GDL):

PyrofilGDL 


三菱化学公司的GDL(PyrofilGDL)是由本公司率先向世界提供的卷状产品,适合批量生产并易于进行后期加工。


GDL(燃料电池用气体扩散层基础材料)将氢气和空气作为燃料提供给电极(催化剂),收集电极上的化学反应所产生的电子,保留电解质膜中的水分并排出产生的水分,是一种具备多种作用的多功能材料。


除了透气性和导电性之外,还需要满足耐酸性和机械强度等多种要求,一般使用碳纸和碳布。


三菱化学公司的GDL(PyrofilGDL)

  • 呈卷状,适合批量生产。

  • 形态为碳纸,表面平滑性优异。

  • 其多孔质结构,增强了水分管理功能。

  • 卷对卷的后期加工性能优异。


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燃料电池(PEFC)模式图

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氧化还原液流电池模式图


小知识:三菱化学控股集团同时可以提供储氢罐用的碳纤维原纱,氢燃料汽车用离子交换树脂,阻燃级别电池壳体材料,移动加氢站等解决方案。







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作者 ab

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