我國(guó)燃料動(dòng)力電池部分技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或超過全球同類商品的水平，與時(shí)俱進(jìn)的你，一定很想了解其中的關(guān)鍵材料與技術(shù)。

車用燃料動(dòng)力電池技術(shù)鏈

燃料動(dòng)力電池發(fā)電原理與原電池或二次電池相似，電解質(zhì)隔膜兩側(cè)分別發(fā)生氫氧化反應(yīng)與氧還原反應(yīng)，電子通過外電路作功，反應(yīng)產(chǎn)物為水。燃料動(dòng)力電池單電池包括膜電極組件（MEA）、雙極板及密封元件等。

與原電池和二次電池不同的是，燃料動(dòng)力電池發(fā)電要有一相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)。

燃料動(dòng)力電池汽車動(dòng)力鏈的主流技術(shù)為電-電混合模式，平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)依靠燃料動(dòng)力電池供應(yīng)動(dòng)力，要高功率輸出時(shí)，燃料動(dòng)力電池與二次電池共同供電，在低載或怠速工況燃料動(dòng)力電池給二次電池充電。

燃料動(dòng)力電池汽車動(dòng)力鏈組成

典型的燃料動(dòng)力電池動(dòng)力系統(tǒng)車，可采用底板布局或前艙布局。

燃料動(dòng)力電池關(guān)鍵材料與部件

?電催化劑

電催化是燃料動(dòng)力電池的關(guān)鍵材料之一，其用途促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程。研究新型高穩(wěn)定、高活性的低Pt或非Pt催化劑是目前的熱點(diǎn)。

?Pt-M催化劑

Pt-Co/C、Pt-Fe/C、Pt-Ni/C等二元合金催化劑，在提高穩(wěn)定性的同時(shí)，也提高質(zhì)量比活性，還降低了貴金屬的用量。如Chen等制備了高活性與高穩(wěn)定性的電催化劑。

?Pt核殼催化劑

利用非Pt材料為支撐核、表面貴金屬為殼的結(jié)構(gòu)，可降低Pt用量，提高質(zhì)量比活性。如我國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所制備的[emailprotected]/C核殼催化劑，其氧還原活性與穩(wěn)定性好于商業(yè)化Pt/C催化劑。

?Pt單原子層催化劑

制備Pt單原子層的核殼結(jié)構(gòu)催化劑是一種有效降低Pt用量、提高Pt利用率，同時(shí)改善催化劑的ORR性能的方式。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Adzic的研究組和海交通大學(xué)張俊良等在這方面比較活躍。

?非貴金屬催化劑

非貴金屬催化劑的研究重要包括過渡金屬原子簇合物、過渡金屬螯合物、過渡金屬氮化物與碳化物等。在這方面，各種雜原子摻雜的納米碳材料成為研究熱點(diǎn)，如N摻雜的非貴金屬催化劑顯示了較好的應(yīng)用前景。

?固態(tài)電解質(zhì)膜

車用燃料動(dòng)力電池中質(zhì)子交換膜（PEM）是一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其用途是隔離燃料與氧化劑、傳遞質(zhì)子（H+）。目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜。

此外，為了提高性能，日趨薄化的質(zhì)子交換膜耐久性受到考驗(yàn)，于是一系列質(zhì)膜改性而來的增強(qiáng)復(fù)合膜不斷被開發(fā)出來。

?氣體擴(kuò)散層（GDL）

GDL位于流場(chǎng)和催化層之間，其用途是支撐催化層、穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)，并具有質(zhì)/熱/電的傳遞功能。通常GDL由支撐層（憎水處理過的多孔碳紙或碳布）和微孔層組成（電炭黑和憎水劑構(gòu)成）。表1為國(guó)產(chǎn)化碳紙與進(jìn)口商品化碳紙比較，下一步要建立批量生產(chǎn)設(shè)備。

除了改進(jìn)氣體擴(kuò)散層的導(dǎo)電功能外，近些年對(duì)氣體擴(kuò)散層的傳質(zhì)功能研究也逐漸引起人們重視。

?膜電極組件（MEA）

MEA是集膜、催化層、擴(kuò)散層于一體的組合件，是燃料動(dòng)力電池的核心部件之一。

我國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開發(fā)了新型MEA達(dá)到國(guó)際水平。

?雙極板（BP）

BP的用途是傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生成水。

我國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究了金屬雙極板表面改性技術(shù)，提高雙極板的導(dǎo)電、耐腐蝕性。

?燃料動(dòng)力電池電堆

燃料動(dòng)力電池電堆是燃料動(dòng)力電池發(fā)電系統(tǒng)的核心。

目前，我國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所已建立了從材料、MEA、雙極板部件的制備到電堆組裝、測(cè)試的完整技術(shù)體系，開發(fā)的燃料動(dòng)力電池電堆。

我國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開發(fā)的燃料動(dòng)力電池電堆

日本豐田燃料動(dòng)力電池電堆采用3D流場(chǎng)設(shè)計(jì)，使流體出現(xiàn)垂直于催化層的分量，強(qiáng)化了傳質(zhì)，降低了傳質(zhì)極化。

燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)部件

燃料動(dòng)力電池包括燃料供應(yīng)子系統(tǒng)、氧化劑供應(yīng)子系統(tǒng)、水熱管理子系統(tǒng)及監(jiān)控子系統(tǒng)等，重要系統(tǒng)部件包括空壓機(jī)、增濕器、氫氣循環(huán)泵、高壓氫瓶等。

?空壓機(jī)

車載空壓機(jī)的任務(wù)是供應(yīng)燃料動(dòng)力電池發(fā)電所要的氧化劑（空氣中的氧氣），常用的空壓機(jī)種類有離心式、螺桿式、羅茨式等。

?增濕器

反應(yīng)氣通過增濕器把燃料動(dòng)力電池反應(yīng)所需的水帶入燃料動(dòng)力電池內(nèi)部，常用的增濕器形式包括膜增濕器、焓輪增濕器等。目前，發(fā)展趨勢(shì)是采用氫氣回流泵帶入反應(yīng)尾氣的水，系統(tǒng)不要增濕器部件。

除了上述的系統(tǒng)部件外，系統(tǒng)的控制策略也非常重要。可以在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化控制策略，提高耐久性。

結(jié)論

燃料動(dòng)力電池電動(dòng)汽車動(dòng)力性能高、充電快、續(xù)駛里程長(zhǎng)、接近零排放，是未來新能源汽車的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

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