基于氢燃料电池零部件分析

基于氢燃料电池零部件分析一文创作于：2023-04-12 10:19:33，全文字数：13601。

基于氢燃料电池零部件分析

��能较好的金属材料制作。虽然这种储氢罐的制造材料简单，成本较低，但是其耐压性并不强。早期的金属储氢罐，仅仅可以承受12-15Mpa 压力的氢气，在该压力下，氢气的质量密度要小于1.6%。适当地增加一些储氢罐瓶壁的厚度，可以在一定限度内有效地提升该储氢罐的储氢能力，但是这种方式会导致储氢罐的容积降低。金属储氢罐一般通过高强度的无缝钢管旋压收口制作而成，如果在制作过程中提升了其材料的强度，那么很容易导致其内部细小裂纹的出现，会提高其内部储存氢气失效的可能。并且，对于储氢罐内部情况进行实时监测时，往往会在其多层结构之间安装检测工具，但是该类型储氢罐的结构是单层，无法安装该工具，所以这类储氢罐往往用于小容量、固定式的氢气储存，于车载氢燃料电池而言，该储氢罐达不到要求。

二型罐

二型罐是金属内胆纤维环向缠绕或全缠绕气罐，这种储氢罐是随着人们对于储氢需求增加而逐步发展起来的。在该储氢罐的内部，有不锈钢或铝合金制造而成的金属内胆，其主要作用就是密封储存的氢气。除金属层之外，其主要承压的部分为纤维材料制造，可以保障其储氢压力达到40Mpa。金属内胆由于不需要承担氢气带来的内部压力，所以可以将该内胆制成较薄的状态，以减轻储氢罐整体的重量。由于该储氢罐内部存在着多层的结构设计，可以有效避免其金属层因为氢气的原因而受到腐蚀，而在不同材料的层级之间，还存在较大的密闭空间，可以通过该密闭空间实现对于储氢罐内部状态的实时监控。该储氢罐材料成本并不昂贵，且储氢效果也较好，所以往往也会在大容量储氢时使用。

三型罐

该种类型的储氢罐是非金属类型的纤维全缠绕气罐。这种类型的储氢罐是为了使得罐体本身的重量进一步降低，而利用一些刚度较好的塑料代替金属。这类储氢罐一共有三层结构，分别为塑料内胆、纤维增强层、保护层。塑料内胆的气密性、抗腐蚀等能力较金属内胆强，并且其耐高温性能、韧性等也都较高。该储氢罐的总重量仅为同储量钢罐的50%，在车载氢燃料电池中，该种类型的储氢罐处于优先级别，也是各生产厂商储氢罐的主要竞争类型。为了使得该储氢罐的重量或性能得到进一步的优化，人们也研究出了各种优化方式，有些优化方式可以有效减少其纤维材料用量的40%。

2 氢燃料电池核心零部件未来发展方向

目前，氢燃料电池的质子交换膜制造技术依旧由国外垄断，国内相关的研究企业尚在致力于突破该技术限制，所以国内质子交换膜的未来发展方向就是研究其生产制造技术。如何减少该零部件的制造成本，也是各研究机构最关心的问题。[5]无孔石墨双极板的导电性良好，但是其材料的脆性较大，给大批量生产和长期使用带来了一系列困难，而金属双极板也拥有着良好的导电性能，同时其材料强度、韧性等也都较高，但在某些特殊情况下，金属双极板容易受到腐蚀，目前关于双极板的研究主要是复合材料双极板方向，复合材料兼具了各类材料的优点，是当前研究的主流，未来关于双极板的研究，一定会集中在材料方面。关于催化剂的研究，国内则主要集中在降低铂载量方面。关于空压机的研究，由于离心式空压机在密度、噪音、效率等方面的综合效果优于其他类型的空压机，所以成为了当前研究的主流。在储氢罐的研究方面，丰田第三代MIRAI 氢燃料电池汽车搭载的70Mpa 储氢罐是当前全球最领先的储氢罐，其储氢罐的质量效率达到了5.7%，全球最高，所以未来关于储氢罐的研究一定会集中在其材料、结构方面，若能找到更优质的内胆材料，或能够找到一种更优的储罐结构，那么就有可能将当前储氢罐的质量效率提高。

3 结束语

当前，我国十分重视关于氢燃料电池的研究，在研究条件方面并不比国外某些发达国家差，造成我国与其他国家技术差距的主要原因是国外的技术封锁及我国的研究起步较晚。整体来看，我国当前的氢燃料电池技术与国外发达国家相比还存在着十分明显的差距，相信随着我们对于可持续发展的需求及重视，我国一定会将更多的研究目光集中在氢燃料电池核心零部件的研究领域。氢燃料电池是未来汽车能够使用的理想能源，以后氢能也将会发展成为世界新能源领域的重要产业，所以氢燃料电池生产技术将会占据着十分重要的战略地位，未来，氢燃料电池的使用寿命、使用条件等，也将会成为研究的热门领域。

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