新型燃料电池的开发

新型燃料电池的开发

燃料电池汽车因具有较高的能源转化效率且能够实现零排放，因而其得到了广泛关注。燃料电池汽车的性能取决于所使用的燃料电池。目前，燃料电池仍然存在能量密度低、尺寸大和质量大等问题。如要实现燃料电池汽车的广泛应用，必须开发新型燃料电池以解决现存的问题。常用的燃料电池类型为质子交换膜燃料电池，包括阴极、阳极和质子交换膜。阴极和阳极又包括集流板、流道、气体扩散层和催化层。其中，流道主要用来均匀分配氧化剂、燃料，并导出生成的热量，其性能直接影响燃料电池性能的实现。因而，开发新型燃料电池时，重点在于流道的设计。

进行新流道设计时，利用模拟自然界中的蜂巢正六边形结构替代传统的平行直流道结构。正六边形结构流道在与传统平行直流道结构具有相同进口流量时，所需的泵送功率只有传统平行直流道结构的1/10，且具有更低的流动压降，从而实现燃料电池能量密度的改善。为了减小燃料电池的尺寸，将传统的恒压预紧弹簧变为横拉预紧弹簧，将传统的双层结构改变为单层结构。为了减轻燃料电池的质量，采用更为轻质的材料，如用钛替换原本的不锈钢。与改进前相比，改进后燃料电池的最大功率从90kW提升至114kW，增加了27%；燃料电池的尺寸减小了24%，质量减轻了39%。将改进后的燃料电池安装在汽车上时，燃料电池承受碰撞和路面接触冲击力的能力通过车辆在积水路段的防水能力和耐电解质溶液的腐蚀能力进行验证。验证结果显示，改进后的燃料电池能够满足上述安全性要求。

MichitaroItogaetal.SAE 2016-01-0529.

编译：王祥