氫的產(chǎn)業(yè)風(fēng)口愈吹愈勁，各路資本正加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)布局。不過(guò)，氫能裝備中有八項(xiàng)卡脖子技術(shù)被認(rèn)為是限制整個(gè)氫能行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，分別是氫燃料電池中的催化劑、擴(kuò)散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板、電堆以及上車(chē)之后的系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、氫循環(huán)泵。

　　一、燃料電池電堆

　　燃料電池電堆是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的核心，由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。

　　二、膜電極

　　作為燃料電池電堆的“心臟”，膜電極很大程度上決定著電堆的性能水平。其結(jié)構(gòu)上由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層三大基礎(chǔ)部件構(gòu)成，是多項(xiàng)物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應(yīng)唯一場(chǎng)所，決定著電堆性能、壽命和成本的上限，高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的膜電極對(duì)于加速氫燃料電池商業(yè)化進(jìn)程具有重要的意義。目前膜電極占據(jù)電堆成本的60-70\%左右，其成本主要由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層構(gòu)成。

　　三、質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜工作原理

　　質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane，縮寫(xiě)為PEM)是一種離子聚合物的半透膜，設(shè)計(jì)用于質(zhì)子傳導(dǎo)隔絕氧或氫。能傳遞質(zhì)子但對(duì)電子絕緣，起到傳導(dǎo)氫離子、隔絕燃料和氧化劑、阻斷電子的作用。因此，PEM決定了燃料電池的性能、穩(wěn)定性和耐久性，必須具備以下六種基本性能：質(zhì)子導(dǎo)電率、穩(wěn)定性、透氣性、吸水性、水電滲透性以及力學(xué)強(qiáng)度。

　　四、雙極板

　　燃料電池雙極板的作用是傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生成水。雙極板作為質(zhì)子交換膜燃料電池( PEMFC) 的重要組成部分，質(zhì)量約占電堆的 80\% ，成本約占 38\% ，幾乎占據(jù)了電堆的所有體積。因此，其材料的選擇與 PEMFC 電化學(xué)性能密切相關(guān)，主要集中在石墨、金屬和聚合物復(fù)合材料方面。

　　五、催化劑

　　催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，分別是陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑。陽(yáng)極催化劑催化反應(yīng)為H氧化反應(yīng)，陰極催化劑反應(yīng)為O還原反應(yīng)。H氧化反應(yīng)經(jīng)歷的是兩電子反應(yīng)，而O還原反應(yīng)經(jīng)歷的是四電子反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移步驟多且復(fù)雜，制約整個(gè)反應(yīng)速度。良好的催化劑應(yīng)該具有良好的催化活性、高質(zhì)子傳導(dǎo)率、高電子傳導(dǎo)率和良好的水管理能力、氣體擴(kuò)散能力。

　　六、氣體擴(kuò)散層/碳紙

　　氣體擴(kuò)散層位于流場(chǎng)和催化劑層之間，是支撐催化劑層和收集電流的重要結(jié)構(gòu)，同時(shí)為電極反應(yīng)提供氣體、質(zhì)子、電子和水等多個(gè)通道，對(duì)燃料電池的耐久性和可靠性具有非常重要的意義。

　　七、空氣壓縮機(jī)

　　海德韋爾空壓機(jī)

　　燃料電池工作系統(tǒng)的運(yùn)行離不開(kāi)空壓機(jī)對(duì)其提供的壓縮空氣，空壓機(jī)的性能直接影響著整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的壓縮比、效率、噪聲等重要性能指標(biāo)。

　　八、氫循環(huán)泵

　　瑞驅(qū)科技循環(huán)泵

　　氫氣循環(huán)泵的主要作用：

　　將燃料電池堆出口未反應(yīng)的氫氣再循環(huán)至燃料電池堆入口，從而提高氫氣的利用率以及用氫安全;

　　將燃料電池堆內(nèi)部由于電化學(xué)反應(yīng)生成的水循環(huán)至氫氣入口，起到給進(jìn)氣加濕的作用，改善燃料電池堆內(nèi)的水潤(rùn)水平，提高了水管理能力，進(jìn)而提升燃料電池堆的輸出特性;

　　由于氫氣循環(huán)泵對(duì)進(jìn)氣的加濕作用，使得氫氣入口省去了額外的加濕系統(tǒng)，使得燃料電池系統(tǒng)更加精簡(jiǎn)。

　　氫氣循環(huán)泵雖然本質(zhì)上是一個(gè)氣泵，但由于其特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，導(dǎo)致氫氣循環(huán)泵的開(kāi)發(fā)面臨很多技術(shù)難題。

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