新型燃料電池的開發

新型燃料電池的開發

燃料電池汽車因具有較高的能源轉化效率且能夠實現零排放，因而其得到了廣泛關注。燃料電池汽車的性能取決于所使用的燃料電池。目前，燃料電池仍然存在能量密度低、尺寸大和質量大等問題。如要實現燃料電池汽車的廣泛應用，必須開發新型燃料電池以解決現存的問題。常用的燃料電池類型為質子交換膜燃料電池，包括陰極、陽極和質子交換膜。陰極和陽極又包括集流板、流道、氣體擴散層和催化層。其中，流道主要用來均勻分配氧化劑、燃料，并導出生成的熱量，其性能直接影響燃料電池性能的實現。因而，開發新型燃料電池時，重點在于流道的設計。

進行新流道設計時，利用模擬自然界中的蜂巢正六邊形結構替代傳統的平行直流道結構。正六邊形結構流道在與傳統平行直流道結構具有相同進口流量時，所需的泵送功率只有傳統平行直流道結構的1/10，且具有更低的流動壓降，從而實現燃料電池能量密度的改善。為了減小燃料電池的尺寸，將傳統的恒壓預緊彈簧變為橫拉預緊彈簧，將傳統的雙層結構改變為單層結構。為了減輕燃料電池的質量，采用更為輕質的材料，如用鈦替換原本的不銹鋼。與改進前相比，改進后燃料電池的最大功率從90kW提升至114kW，增加了27%；燃料電池的尺寸減小了24%，質量減輕了39%。將改進后的燃料電池安裝在汽車上時，燃料電池承受碰撞和路面接觸沖擊力的能力通過車輛在積水路段的防水能力和耐電解質溶液的腐蝕能力進行驗證。驗證結果顯示，改進后的燃料電池能夠滿足上述安全性要求。

MichitaroItogaetal.SAE 2016-01-0529.

編譯：王祥