燃料电池电堆的八大件- 大数跨境

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燃料电池电堆的八大件

亚化储能

2024-01-04

导读：眼下，尽管风力发电机、太阳能光伏等新能源设施在生活中已越来越常见，但中国三分之二的社会用电量仍来自于会带来大量碳排放的煤电。

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关注储能材料前沿

燃料电池电堆的八大件分别是氢燃料电池中的催化剂、扩散层、质子交换膜、膜电极、双极板、电堆以及上车之后的系统中的空气压缩机、氢循环泵。

一、燃料电池电堆

燃料电池电堆是燃料电池发电系统的核心，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。

二、膜电极

作为燃料电池电堆的“心脏”，膜电极很大程度上决定着电堆的性能水平。其结构上由质子交换膜、催化剂和气体扩散层三大基础部件构成，是多项物质传输和电化学反应唯一场所，决定着电堆性能、寿命和成本的上限，高性能、长寿命、低成本的膜电极对于加速氢燃料电池商业化进程具有重要的意义。目前膜电极占据电堆成本的60-70%左右，其成本主要由质子交换膜、催化剂和气体扩散层构成。

三、质子交换膜

质子交换膜（proton exchange membrane，缩写为PEM）是一种离子聚合物的半透膜，设计用于质子传导隔绝氧或氢。能传递质子但对电子绝缘，起到传导氢离子、隔绝燃料和氧化剂、阻断电子的作用。因此，PEM决定了燃料电池的性能、稳定性和耐久性，必须具备以下六种基本性能：质子导电率、稳定性、透气性、吸水性、水电渗透性以及力学强度。

四、双极板

燃料电池双极板的作用是传导电子、分配反应气并带走生成水。双极板作为质子交换膜燃料电池（ PEMFC）的重要组成部分，质量约占电堆的 80% ，成本约占 38% ，几乎占据了电堆的所有体积。因此，其材料的选择与 PEMFC 电化学性能密切相关，主要集中在石墨、金属和聚合物复合材料方面。

五、催化剂

催化剂是质子交换膜燃料电池的核心部件，分别是阳极催化剂和阴极催化剂。阳极催化剂催化反应为H氧化反应，阴极催化剂反应为O还原反应。H氧化反应经历的是两电子反应，而O还原反应经历的是四电子反应，电子转移步骤多且复杂，制约整个反应速度。良好的催化剂应该具有良好的催化活性、高质子传导率、高电子传导率和良好的水管理能力、气体扩散能力。

六、气体扩散层/碳纸