氫氣,絕對清潔的新能源,也被看作解決交通領域碳排放問題的終極方案之一。
從國內來看,雖然純電動車仍然占主流,但氫燃料電池汽車的研發落地,不管從產業還是政策支持上也從未停滯。
在商用車賽道上,
2020年底,濰柴宣布首臺國產200噸以上氫燃料-鋰電池混合能源礦用卡車自卸車成功下線。2021年,長城控股旗下未勢能源科技與大運、東風、福田三家企業合作發布“百輛氫能重卡示范項目”。2020年6月5日,中國第一汽車股份有限公司、東風汽車集團有限公司、廣州汽車集團股份有限公司、北京汽車集團有限公司、北京億華通科技股份有限公司、豐田汽車公司正式簽署合資合同,并宣布成立“聯合燃料電池系統研發(北京)有限公司”。豐田中國方面表示,此次合作將研發出具備競爭力且符合中國法規的燃料電池系統。六家公司將通過協商共同規劃產品,一條龍式地開展滿足中國市場需求的“FC電堆等的組件技術”、“FC系統控制技術”以及“車輛搭載技術”等一系列技術研發工作。由此將大幅縮短從開發到產品化所需時間,加快FCEV在中國商用車市場的普及。該公司將開發出在動力、能耗、耐久性等方面均具備產品力、且成本更低、競爭力更強的燃料電池系統及其主要組件,這也是作為普及FCEV所不可或缺的組成部分。
同時在乘用車賽道,
長城汽車在去年初發布氫能戰略,還自研車規級“氫動力系統”全場景解決方案——氫檸技術。同時在去年發布首款氫能C級SUV。除此之外,紅旗、吉利、廣汽等主流車企,也在最近兩年集中推出自己的氫燃料電池汽車。
既然氫燃料電池如此重要,小菱通就來淺談一下在氫燃料電池里那些不可或缺的材料。
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燃料電池是一種能量轉化裝置,它將燃料的電化學能轉化成電能。它類似于電池一樣也是電化學發電裝置,因此被稱為燃料電池。
對應的采用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。它可以理解為水電解成氫氣和氧氣的逆反應。因為它不受傳統發動機采用卡諾循環42%左右的熱效率限制。氫燃料電池的效率可輕松達到60%以上。因此反應過程既清潔,又高效。
氫燃料電池汽車示意圖(圖源網絡)
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氫燃料電池工作原理是氫氣通過燃料電池的正極當中的催化劑(鉑)分解成電子和氫離子(質子)。其中質子通過質子交換膜(Proton Exchange Membrane)到達負極和氧氣反應變成水和熱量。對應的電子則從正極通過外電路流向負極產生電能。
氫燃料電池工作原理(圖源網絡)
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電堆由多個單體電池以串聯方式層疊組合而成。
單體電池是由雙電極板與膜電極(MEA-催化劑、質子交換膜、GDL)組成。
若干單體之間嵌入密封件,經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢,即構成燃料電池電堆。
燃料電池電堆圖示(圖源網絡)
其中氣體擴散層GDL通常由碳纖維紙或者碳纖維布組成,主要起到傳質,導電,傳熱,支持催化層,導水的作用。是氫燃料單體電池不可或缺的材料之一。
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三菱化學公司的GDL(Pyrofil?GDL)是由本公司率先向世界提供的卷狀產品,適合批量生產并易于進行后期加工。
GDL(燃料電池用氣體擴散層基礎材料)將氫氣和空氣作為燃料提供給電極(催化劑),收集電極上的化學反應所產生的電子,保留電解質膜中的水分并排出產生的水分,是一種具備多種作用的多功能材料。
除了透氣性和導電性之外,還需要滿足耐酸性和機械強度等多種要求,一般使用碳紙和碳布。
三菱化學公司的GDL(Pyrofil?GDL)
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呈卷狀,適合批量生產。
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形態為碳紙,表面平滑性優異。
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其多孔質結構,增強了水分管理功能。
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卷對卷的后期加工性能優異。
燃料電池(PEFC)模式圖
氧化還原液流電池模式圖
小知識:三菱化學控股集團同時可以提供儲氫罐用的碳纖維原紗,氫燃料汽車用離子交換樹脂,阻燃級別電池殼體材料,移動加氫站等解決方案。
原文始發于微信公眾號(三菱化學 汽車相關解決方案):淺談一下,氫燃料電池里那些不可或缺的材料~