燃料電池動力

燃料電池動力指的是利用燃料電池作為動力的一種驅動方式。

基本介紹

• 中文名：燃料電池動力
• 套用領域：能源領域
• 研究對象：燃料電池

燃料電池電堆組件

燃料電池電堆組件包括燃料電池電堆、附屬檔案系統和升壓 DC/DC，將這些部件集成在一起，使得整個組件更加小型化、輕量化，而且成本更低。

燃料電池電堆及附屬檔案系統

燃料電池的質子交換膜在運行過程中需要保持濕潤，而豐田開創性地實現了無外部加濕器的內部自增濕，這一舉措不但簡化了附屬檔案系統，還減小了整個系統的熱容，有利於冷啟動。

在燃料電池單片內部，氫氣和空氣的流動方向是相反的。由於空氣入口去除了增濕器，空壓機出口大流量的乾空氣容易引起空氣入口膜乾。為了解決這一問題，MIRAI 採用更薄的電解質膜促進了生成的水從空氣出口向氫氣入口反向擴散，氫氣再循環泵強制將氫氣入口的水向氫氣出口傳輸，而氫氣出口富集的水蒸氣將擴散到空氣入口，緩解此處容易發生的膜乾現象。同時，特殊的冷卻流場設計有效調節了熱的傳遞，增大空氣上游與冷卻水的接觸面積，抑制溫升和水的蒸發，從而防止空氣入口膜乾。

原理研究

MIRAI 採用的電解質膜的厚度比 FCHV-adv 減小了 2/3，不但增強透水性，還將質子傳導率提高到 FCHV-adv 的至少 3 倍。此外，由於低濕度條件下容易產生過氧化氫和羥基自由基，為了減輕這些副產物對電解質膜造成的腐蝕，豐田在膜電極及氣體擴散層組件中加入了自由基淬滅劑，並降低了來自附屬檔案系統的鐵離子污染，從而提高了電解質膜的壽命。

在催化劑層中，豐田通過增加官能團降低了離聚物的當量，同時最佳化了離聚物的比例，使得質子傳導率和氣體擴散率均得到了提高。通過鉑/鈷合金的合理配比和酸性處理，催化劑活性提高到了原來的 1.8 倍。催化劑的碳載體從空心類型改進為實心類型，使得所有的催化劑顆粒均附著在碳載體表面，降低了氧氣擴散阻力，並將催化劑在低濕度條件下的有效利用率從約 40% 提高到了 80% 左右。這使得 MIRAI 單位功率的鉑用量比 FCHV-adv 減少了 2/3。此外，豐田通過最佳化催化劑顆粒的大小和分布，抑制了在電壓波動時催化劑的流失和偏析，從而阻礙有效反應面積的減小。

在擴散層中，豐田最佳化了碳紙基材中碳纖維和粘接劑的比例，並採用了更薄的碳紙，碳紙的質量降低了 45%，獲得了更高的氣體擴散性能。此外，在擴散層和催化劑層的界面處形成了一層粗粒度的炭黑作為微孔層，提高了透水性，改善了排水能力。最終氣體擴散能力增強了一倍。