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2015.3.20参考资料：美国专利库US8785080B2，谷歌学术AReviewofMetallicBipolarPlatesforProtonExchangeMembraneFuelCells:MaterialsandFabricationMethods2021/5/91Mirai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。2021/5/92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2021/5/932021/5/942021/5/952021/5/962021/5/972021/5/98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。2021/5/99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2021/5/910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2021/5/911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）2021/5/912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2021/5/913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2021/5/914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。2021/5/915抗腐蚀，高生产率，机械性能优异Metals,suchastitaniumandstainlesssteels,exhibitexcellentmechanicalpropertiesandhaveverylowgaspermeationrates.TheyarealsosuitableformassproductionwithlowscrapratesandarestableinaPEMfuelcellenvironmentwherelowpHvaluesarecommon2021/5/9162021/5/9172021/5/918BareMetalsasBipolarPlatesDuetoitslowcostandfavourablephysicalandchemicalproperties,stainlesssteelhasbecometheprimarycandidateforbipolarplateconstruction.Theformationofapassiveoxidelayerprotectstheplatefromcorrosion,butleadstohigherinterfacialcontactresistance2021/5/919SurfaceTreatmentsandCoatingsTherearealimitednumberofmaterialsexhibitingacombinationofhighcorrosionresistanceandlowinterfacialcontactresistanceforuseinPEMfuelcells.Furthermore,manyofthesemetalsarerareandprohibitivelyexpensive.Asaresult,thesearchforsurfacetreatmentsofinexpensiveandwidelyavailablemetalsthatarecapableofenhancingtheirperformanceinfuelcellenvironmentsiswellestablishedandunderway.Oneofthepromisingtechniquesinsurfacetreatmentofausteniticstainlesssteelsiscarburization.Anotherpromisingsurfacetreatmenttechniqueistheutilizationofhighlyconductiveandcorrosionresistantcoatings.2021/5/920Chromium-ContainingFilms.ChromiumnitrideNobleandNonnobleMetalCoatingsCostandrare

FabricationofMetallicBipolarPlatesstampingandhydr