電堆是燃料電池關(guān)鍵部件

電堆是中國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，低成本、高性能、批量供應(yīng)的國產(chǎn)電堆是燃料電池汽車成本下降從而與傳統(tǒng)汽車競爭的關(guān)鍵。

• 從成本上看，電堆占燃料電池系統(tǒng)的成本一半，是FCV里單一價gegao的部件，隨著產(chǎn)能擴張，未來電堆成本有望在下降50%以上；

• 從性能上看，電堆性能是燃料電池系統(tǒng)乃至整車性能的決定因素；

• 從技術(shù)上看，電堆是整個系統(tǒng)里技術(shù)含量gao部分，無論從流道設(shè)計、催化劑制備、MEA合成都有相當(dāng)門檻。

電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)場所，燃料電池動力系統(tǒng)核心部分。電堆工作時， 氫氣和氧氣分別由進口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學(xué)反應(yīng)。

在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中，電堆處于中游核心環(huán)節(jié)。催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴散層組成膜電極和雙極板構(gòu)成電堆的上游。

膜電極

膜電極組件（MEA）是集膜、催化層、氣體擴散層于一體的組合件，是燃料電池的核心部件之一。目前，上已經(jīng)發(fā)展了3代MEA技術(shù)路線：

• 把催化層制備到擴散層上（GDE），通常采用絲網(wǎng)印刷方法，其技術(shù)已經(jīng)基本成熟；

• 把催化層制備到膜上（CCM），與第1種方法比較，在一定程度上提高了催化劑的利用率與耐久性；

• 有序化MEA，把催化劑如Pt制備到有序化的納米結(jié)構(gòu)上，使電極呈有序化結(jié)構(gòu)，有利于降低大電流密度下的傳質(zhì)阻力，進一步提高燃料電池性能，降低催化劑用量。

質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，起到傳導(dǎo)質(zhì)子，隔離反應(yīng)氣體的作用。

在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路，向外界提供電流。

因此，質(zhì)子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞也直接影響電池的使用壽命。

雙極板

雙極板是由極板和流場組成。主要作用是氣體分配、集流、導(dǎo)熱和密封。

雙極板是電、熱的良導(dǎo)體,具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，耐腐蝕性好等特點，其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質(zhì)量比功率。

雙極板材質(zhì)主要是石墨或者合金，其流道設(shè)計和加工工藝與電池性能密切相關(guān)。

催化劑

作為氫燃料電池反應(yīng)關(guān)鍵，催化層是由催化劑和催化劑載體形成的薄層。其作用是降低反應(yīng)的活化能，促進氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。

催化劑主要采用Pt/C、Pt合金/C，載體材料主要是納米顆粒碳、碳納米管、碳須等。對材料要求導(dǎo)電性好，載體耐蝕，催化活性大。

氣體擴散層

氣體擴散層GDL通常由碳紙或者碳布組成，主要起到傳質(zhì)、導(dǎo)電、傳熱、支持催化層、導(dǎo)水的作用。GDL必須具備良好的機械強度、合適的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性。

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