燃料电池双极板

基于丰田mirai燃料电池双极板调研对燃料电池结构（双极板为主）学习反馈符策煌2015.3.20参考资料：美国专利库US8785080B2，谷歌学术AReviewofMetallicBipolarPlatesforProtonExchangeMembraneFuelCells:MaterialsandFabricationMethodsMirai简介•Mirai使用了液态氢作为动力能源，液态氢被储存在位于车身后半部分的高压储氢罐中。Mirai所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的高压储氢罐可以承受70MPa压力，并分别置于后轴的前后。液态氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加注设备具有独立的安全标准。充满Mirai的储氢罐大约需要3-5分钟，在JC08工况下，Mirai的氢储量可以支持700公里续航里程。减压后的液态氢进入位于乘员舱下方的燃料电池重，氢原子在燃料电池阴极上的反应，释放电子从而产生电能。多个燃料电池的串联使得输出电压达到使用的标准。问题聚焦——metallicbipolarplates•多个燃料电池的串联使得输出电压达到使用的标准。——mirai•串联key——双极板双极板•燃料电池发动机由大量相同的电池元件组成，每个电池元件由一块双极板和一层催化剂镀膜总成，构成阴阳电极。双极板是燃料电池堆中重要的性能元件，它负责把燃料和空气分配到两个电极表面以及电池堆散热。因此，每个双极板都必须包括一个外部的流动管道负责气体分配，和另一个独立的内部冷冻剂通道。每个双极板还必须有稳固的密封措施，这样发动机堆中发动机液可以分开控制。最后还必须要有一个导体表面或涂层使电阻损失最小化。双极板在燃料电池中的作用•分离氧化剂与还原剂•收集电流•气体反应场所双极板需解决的问题•充分反应•化学性能（抗腐蚀，最好能促反应）•机械性能（主要是刚性，导电性，导热性和密度，导热性最好能控制其保持在相对稳定的高效率状态下）•成本常见材料——GraphiteBipolarPlates•优点：良好的导电导热性，耐腐蚀性•缺点：强度，气密性（上海交通大学燃料电池研究所采用真空加压的方式,以硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板,减少了制造过程中的气孔）常见材料——compositematerial•优点：理化性质优秀•缺点：成本高，技术要求高，应用水平有待提高常见材料——metallicmeterial•优点：机械性能优异，成本低，来源广，能提供较大的动力密度•缺点：抗腐蚀性不佳动力密度•金属双极板由于在同类技术中可以提供最好的动力密度，因此在汽车应用中是作为首选的。这使得汽车制造商能够使用一台紧凑、轻量且更易装进车里的发动机就可获取巨大的推动力。抗腐蚀，高生产率，机械性能优异•Metals,suchastitaniumandstainlesssteels,exhibitexcellentmechanicalpropertiesandhaveverylowgaspermeationrates.TheyarealsosuitableformassproductionwithlowscrapratesandarestableinaPEMfuelcellenvironmentwherelowpHvaluesarecommonBareMetalsasBipolarPlates•Duetoitslowcostandfavourablephysicalandchemicalproperties,stainlesssteelhasbecometheprimarycandidateforbipolarplateconstruction.Theformationofapassiveoxidelayerprotectstheplatefromcorrosion,butleadstohigherinterfacialcontactresistanceSurfaceTreatmentsandCoatings•TherearealimitednumberofmaterialsexhibitingacombinationofhighcorrosionresistanceandlowinterfacialcontactresistanceforuseinPEMfuelcells.Furthermore,manyofthesemetalsarerareandprohibitivelyexpensive.Asaresult,thesearchforsurfacetreatmentsofinexpensiveandwidelyavailablemetalsthatarecapableofenhancingtheirperformanceinfuelcellenvironmentsiswellestablishedandunderway.•Oneofthepromisingtechniquesinsurfacetreatmentofausteniticstainlesssteelsiscarburization.•Anotherpromisingsurfacetreatmenttechniqueistheutilizationofhighlyconductiveandcorrosionresistantcoatings.•Chromium-ContainingFilms.•Chromiumnitride•NobleandNonnobleMetalCoatings•CostandrareFabricationofMetallicBipolarPlates•stampingandhydroforming总结——关于双极板的学习•聚焦：1，材料2.结构•材料：金属为主流，复合材料潜力巨大•结构（流道）：3D精微设计，达到一个反应更加充分的效果•工艺：应力等等的问题