燃料電池的工作原理和結(jié)構(gòu)

燃料電池是通過(guò)氫和氧在燃料電池電爐內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)不同，燃料電池的電力來(lái)自氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)，與燃燒無(wú)關(guān)，產(chǎn)物是水。因此，燃料電池是零排放、高效率、具有低噪音等優(yōu)點(diǎn)。

燃料電池組通常是將多個(gè)燃料電池單元串聯(lián)疊加組合而成，而燃料電池單元主要是將兩個(gè)核心部件的正極板和膜電極串聯(lián)組合而成。燃料電池的工作原理和電池結(jié)構(gòu)如下：

燃料電池電堆工作原理

燃料電池單元結(jié)構(gòu)：雙極板和膜電極

燃料電池組的工作原理

燃料電池單元結(jié)構(gòu)：正極板和薄膜電極

燃料電池雙極板的作用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙極板的成本占電爐的20%~40%左右。雙極板在燃料電池的電堆中主要起到分配反應(yīng)氣體、導(dǎo)熱和支撐膜電極的作用，是燃料電池的骨架和基礎(chǔ)。

一般來(lái)說(shuō)，正極板由進(jìn)出口、分流區(qū)及分流反應(yīng)區(qū)組成，其中進(jìn)出口將氫氣、氧氣/空氣和冷卻液引入雙極板，為電化學(xué)反應(yīng)提供工業(yè)物質(zhì)，通過(guò)冷卻液調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，分流區(qū)主要為氫氣、將氧氣/空氣和冷卻液均勻分配到流場(chǎng)反應(yīng)區(qū)的流道中，保證電化學(xué)反應(yīng)的一致性。提供氧氣/空氣。帶上反應(yīng)產(chǎn)物，與電子進(jìn)行反應(yīng)熱傳導(dǎo)，對(duì)結(jié)構(gòu)的一致性要求很高。一般的正極板結(jié)構(gòu)圖如下：

普通燃料電池正極板結(jié)構(gòu)

雙極板的性能要求很高，從性能上看，雙極板材料是電和熱的良導(dǎo)體，具有良好的強(qiáng)度及氣體致密性等，要求雙極板在燃料電池的強(qiáng)酸性、強(qiáng)電位、高濕熱工作環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

從加工性和經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，雙極板易于加工，材料和制造成本低，目前車用燃料電池組一般需要將300-500個(gè)雙極板疊裝在一起。

不同材質(zhì)的雙極板的特點(diǎn)及代表性電爐制造商

金屬正極板工藝圖

金屬雙極板產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝主要包括沖壓階段、焊接階段、電鍍階段和密封階段，主要工藝如下：

具體生產(chǎn)流程如下：

主要生產(chǎn)工藝概述如下：

單極板沖壓：通過(guò)沖壓模具在金屬薄板線圈上制造油場(chǎng)、三鋼球及輔助結(jié)構(gòu)。

剪裁邊：通過(guò)裁剪模具來(lái)去除剪裁邊、孔所需的材料段。

雙極板焊接：使用高速激光焊接系統(tǒng)將兩個(gè)單極板焊接成雙極板，該技術(shù)主要使用激光焊接焊接部位實(shí)現(xiàn)連接。

二極板清洗：用純水對(duì)金屬二極板表面進(jìn)行超聲波清洗，去除金屬二極板表面的雜質(zhì)，提高表面清潔度，為沉積鍍層做技術(shù)準(zhǔn)備。

陽(yáng)極板電鍍：在真空電鍍系統(tǒng)內(nèi)，利用磁控濺射方法在陽(yáng)極板表面制備導(dǎo)電耐蝕涂層。

雙極板包裝：通過(guò)自動(dòng)包裝裝置在雙極板表面形成預(yù)成型的粘合層，放置密封件并定位，利用粘合層實(shí)現(xiàn)雙極板與密封件的連接。

電阻檢測(cè)：通過(guò)接觸電阻檢測(cè)裝置檢測(cè)正極板的導(dǎo)電性。

氣密性檢測(cè)：密封完成后，使用氣密性檢測(cè)設(shè)備對(duì)雙極板氫室、氧氣/空氣室及冷卻液室進(jìn)行泄漏檢測(cè)，檢測(cè)氣密性狀態(tài)。

配送：外觀檢查，生成配送報(bào)告，完成配送準(zhǔn)備。