船用燃料电池电堆与车用电堆相比,具有功率需求大、运行周期长、环境腐蚀性强等特点,通常功率从几百千瓦到几兆瓦不等,用于内河船、沿海船及远洋船舶的动力系统。船用环境中高湿度、高盐雾的特点对电堆材料的耐腐蚀性提出了更高要求,双极板需采用耐腐蚀涂层(如金涂层、陶瓷涂层),外壳需采用防水、防腐蚀材料。此外,船用动力系统对可靠性要求极高,电堆需具备冗余设计和故障自诊断能力,确保在航行过程中不会因电堆故障导致动力中断,目前挪威、日本等国已开展船用燃料电池电堆的示范应用。石墨材料因导电性好常被用于燃料电池电堆双极板。重庆燃料电池电堆技术

燃料电池电堆的成本构成中,材料成本占比超过 70%,其中催化剂(主要是铂)、质子交换膜和双极板是成本高的三大部件。以车用燃料电池电堆为例,目前成本约为 1500-2000 元 /kW,远高于传统内燃机和锂电池系统。降低成本的主要路径包括:减少铂用量(从目前的 0.15-0.2g/kW 降至 0.1g/kW 以下)、开发低成本非铂催化剂、采用金属或复合材料替代石墨双极板、规模化生产以降低单位成本等。随着技术进步和产量提升,预计 2030 年车用燃料电池电堆成本可降至 500 元 /kW 以下,具备商业化竞争力。北京国产燃料电池电堆设计金属双极板能否降低燃料电池电堆的重量和成本?

燃料电池电堆的组装压力对其性能有重要影响,压力过低会导致膜电极与双极板之间的接触电阻增大,降低电堆效率;压力过高则会压实气体扩散层,阻碍气体扩散和排水,同时可能损坏膜电极。因此,组装压力需根据电堆结构和材料特性进行优化,通常通过试验确定佳压力值。对于石墨双极板电堆,佳组装压力一般为 1.2-1.5MPa;对于金属双极板电堆,由于金属强度高,佳压力可提高至 1.5-2.0MPa。组装压力的均匀性也至关重要,需通过多点压力监测确保电堆各区域压力一致。
燃料电池电堆的组装工艺对其性能和一致性影响明显,关键工艺包括单电池堆叠、密封、压紧及电性能测试等环节。单电池堆叠时需保证膜电极、双极板的准确对齐,偏差控制在 0.1mm 以内,否则会导致气体分配不均、局部反应过度或不足。密封是关键工艺之一,需采用弹性密封件(如橡胶密封圈)防止气体泄漏和冷却液窜流,密封性能直接影响电堆的安全性和寿命。组装完成后,电堆需通过压紧装置施加均匀压力(通常为 1-2MPa),以降低接触电阻并确保结构稳定,后通过电性能测试筛选合格产品。燃料电池电堆的寿命目标已提升至 10000 小时以上。

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)电堆是 PEMFC 电堆的改进类型,工作温度为 120-200℃,采用磷酸掺杂的聚苯并咪唑(PBI)质子交换膜,无需增湿系统,简化了系统结构。HT-PEMFC 电堆对燃料纯度要求较低,氢气中一氧化碳含量可允许达到 1%-2%,无需复杂的气体净化装置,适合使用重整气作为燃料。其缺点是质子传导率低于低温 PEMFC 电堆,催化剂活性受温度影响较大,寿命相对较短。目前 HT-PEMFC 电堆主要应用于分布式发电、备用电源等场景,在天然气重整制氢发电系统中具有独特优势。燃料电池电堆需通过加湿器调节反应气体湿度;山西优势燃料电池电堆故障诊断
大功率燃料电池电堆已成功应用于重型商用车领域!重庆燃料电池电堆技术
燃料电池电堆的性能衰减机制复杂,不同运行阶段的衰减原因有所不同。初期衰减主要由于催化剂活化面积减少、膜电极润湿不均导致,衰减速率较快;中期衰减主要由于催化剂溶解、质子交换膜轻微老化导致,衰减速率趋于平缓;后期衰减主要由于膜破损、双极板腐蚀、电极结构退化导致,衰减速率再次加快。通过研究性能衰减机制,可针对性地采取改进措施,如在初期运行阶段采用温和的工况进行 “活化” 处理,中期运行阶段优化水热管理,后期及时更换老化部件,以减缓衰减速度。重庆燃料电池电堆技术
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