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2.6燃料电池电堆
燃料电池电堆(图14)是燃料电池发电系统的核心。
图14燃料电池电堆结构
目前,中国科学院大连化学物理研究所已建立了从材料、MEA、双极板部件的制备到电堆组装、测试的完整技术体系,开发的燃料电池电堆(图15)。
图15中国科学院大连化学物理研究所开发的燃料电池电堆
日本丰田燃料电池电堆采用3D流场设计(图16),使流体产生垂直于催化层的分量,强化了传质,降低了传质极化。
图16Mirai燃料电池流场(a)与电堆(b)
3燃料电池系统部件
燃料电池包括燃料供应子系统、氧化剂供应子系统、水热管理子系统及监控子系统等,主要系统部件包括空压机、增湿器、氢气循环泵、高压氢瓶等。
3.1空压机
车载空压机的任务是提供燃料电池发电所需要的氧化剂(空气中的氧气),常用的空压机种类有离心式、螺杆式、罗茨式等。目前,空压机还是瓶颈技术之一,广东省佛山广顺电器有限公司正在研究空压机(图17)。
图17广东省佛山广顺电器有限公司开发的空压机
3.2增湿器
反应气通过增湿器把燃料电池反应所需的水带入燃料电池内部,常用的增湿器形式包括膜增湿器、焓轮增湿器(图18)等。目前,发展趋势是采用氢气回流泵带入反应尾气的水,系统不需要增湿器部件。
图18燃料电池增湿器
3.3高压氢瓶
氢瓶主要分为四种类型:全金属气瓶(I型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(II型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(III型)及非金属内胆纤维全缠绕气瓶(IV型)。国际上大部分燃料电池汽车采用的都是IV型瓶(图19)。国内目前还没有IV型高压氢瓶的相应法规标准。
图1970MPa车载储氢瓶(IV型)
除了上述的系统部件外,系统的控制策略也非常重要。可以在现有材料的基础上通过优化控制策略,提高耐久性。
4结论
燃料电池电动汽车动力性能高、充电快、续驶里程长、接近零排放,是未来新能源汽车的有力竞争者。
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