新型燃料電池的開發(fā)

燃料電池汽車因具有較高的能源轉(zhuǎn)化效率且能夠?qū)崿F(xiàn)零排放，因而其得到了廣泛關(guān)注。燃料電池汽車的性能取決于所使用的燃料電池。目前，燃料電池仍然存在能量密度低、尺寸大和質(zhì)量大等問題。如要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的廣泛應(yīng)用，必須開發(fā)新型燃料電池以解決現(xiàn)存的問題。常用的燃料電池類型為質(zhì)子交換膜燃料電池，包括陰極、陽(yáng)極和質(zhì)子交換膜。陰極和陽(yáng)極又包括集流板、流道、氣體擴(kuò)散層和催化層。其中，流道主要用來(lái)均勻分配氧化劑、燃料，并導(dǎo)出生成的熱量，其性能直接影響燃料電池性能的實(shí)現(xiàn)。因而，開發(fā)新型燃料電池時(shí)，重點(diǎn)在于流道的設(shè)計(jì)。

進(jìn)行新流道設(shè)計(jì)時(shí)，利用模擬自然界中的蜂巢正六邊形結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的平行直流道結(jié)構(gòu)。正六邊形結(jié)構(gòu)流道在與傳統(tǒng)平行直流道結(jié)構(gòu)具有相同進(jìn)口流量時(shí)，所需的泵送功率只有傳統(tǒng)平行直流道結(jié)構(gòu)的1/10，且具有更低的流動(dòng)壓降，從而實(shí)現(xiàn)燃料電池能量密度的改善。為了減小燃料電池的尺寸，將傳統(tǒng)的恒壓預(yù)緊彈簧變?yōu)闄M拉預(yù)緊彈簧，將傳統(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)改變?yōu)閱螌咏Y(jié)構(gòu)。為了減輕燃料電池的質(zhì)量，采用更為輕質(zhì)的材料，如用鈦替換原本的不銹鋼。與改進(jìn)前相比，改進(jìn)后燃料電池的最大功率從90kW提升至114kW，增加了27%；燃料電池的尺寸減小了24%，質(zhì)量減輕了39%。將改進(jìn)后的燃料電池安裝在汽車上時(shí)，燃料電池承受碰撞和路面接觸沖擊力的能力通過(guò)車輛在積水路段的防水能力和耐電解質(zhì)溶液的腐蝕能力進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示，改進(jìn)后的燃料電池能夠滿足上述安全性要求。

MichitaroItogaetal.SAE 2016-01-0529.

編譯：王祥