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    這些技術還會出現在豐田第二代Mirai燃料電池系統上嗎?

    發布日期: 2019-10-12
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    據路透社報道,豐田汽車董事長內山田武(Takeshi Uchiyamada)9月25日在東京舉行的氫能部長級會議上表示,豐田汽車公司準備在2020年推出第二代Mirai燃料電池汽車。本文分享豐田第二代Mirai燃料電池汽車極板材質、空壓機類型和增濕器的發展趨勢。

    鈦極板

    燃料電池雙極板材質須具備高強度、韌性、高電導率、易成形、耐腐蝕、輕質低成本等特性。相比石墨和復合雙極板,金屬雙極板因具備良好的導電傳熱、強度高、氣密性好、低熱容等材料屬性,兼具加工成形簡單、成本低等優點,成為燃料電池雙極板材質的首xuan。

    從耐腐蝕角度來看,鈦金屬無疑是車用燃料電池金屬雙極板中有發展潛力的一種材料。受制于導電耐腐蝕涂層、成形難、成本高等問題,鈦雙極板目前僅被豐田第yi代燃料電池汽車Mirai使用。據業內人士表示,豐田下一代燃料電池汽車Mirai可能更換鈦金屬板為不銹鋼材質。

    空壓機

    燃料電池用空壓機可分為離心式、羅茨式、螺桿式、渦旋式等,主要作用為將進堆空氣增壓。目前,各大車企使用的燃料電池空壓機類型不完全相同。如本田汽車公司將上一代燃料電池汽車FCX-Clarity搭載的螺桿式空壓機更換為離心式(混流式兩級增壓空壓機);豐田汽車公司將旗下2002款FCHV和2008款FCHV-adv燃料電池汽車搭載的渦旋式空壓機更換為六葉羅茨式;戴姆勒旗下xinGLC F-Cell燃料電池汽車采用離心式空壓機,取代前幾代的螺桿式和膨脹機結合形式。

    豐田Mirai六葉羅茨式空壓機

    燃料電池用空壓機需要滿足無油、低噪聲、低成本、小型化、工作范圍寬、動態響應快等特點。豐田公司第yi代Mirai燃料電池汽車搭載了由豐田紡織公司開發的六葉羅茨式空壓機。羅茨式空壓機的優勢有:轉速較低,不必使用結構復雜的空氣軸承;運行區較寬;技術相對成熟。羅茨式空壓機缺點有:氣體噪音大;效率低;壓比低。業內人士表示,離心式空壓機(兩級增壓或帶膨脹機)因功率密度、效率和噪聲等方面具有hao的總體效果,是未來燃料電池空壓機的主流發展趨勢。據業內人士表示,豐田公司也在著手開發離心式空壓機,豐田下一代燃料電池汽車Mirai可能采用離心式空壓機。

    羅茨式空壓機工作原理

    增濕器

    質子交換膜燃料電池內部發生的電化學反應過程為:陽極側氫氣發生氧化反應,失電子產生氫離子;氫離子通過濕潤膜到達陰極側;陰極側氧氣發生還原反應,與氫離子結合發電。質子交換膜中質子的傳導嚴重依賴于水環境。膜干燥引起質子傳導率降低,性能降低;膜過濕引起電化學反應區域堵水和膜溶脹。

    在燃料電池系統中,增濕器是調節進氣濕度的關鍵零部件。增濕器的核心工作過程為:電堆陰極側出口濕潤空氣流經增濕器(增濕器濕側);濕潤空氣攜帶的水分反擴散至另一側(增濕器干側);空氣經加壓后流經增濕器干側后被濕潤進入電堆。

    豐田上一代FCHV-adv燃料電池汽車增濕器

    豐田汽車公司在2014年發布的量產燃料電池汽車Mirai上取消了增濕器,宣稱實現了電堆內部水循環-自增濕。與豐田上一代FCHV-adv燃料電池汽車相比,增濕器的取消直接降低燃料電池系統體積13 L,降低燃料電池系統質量15 kg。豐田汽車公司宣稱,通過超薄膜、進氣方向相反和氫氣循環等方式實現了燃料電池堆自增濕。但燃料電池系統中增濕器的取消影響了電堆的輸出性能和耐久性,增濕器取消對電堆性能影響大小與電池流場結構、材料親疏水性、電極和零部件性能嚴格相關。盲目取消增濕器換來的系統體積和成本降低只會降低燃料電池堆輸出功率和耐久性。

    豐田Mirai電堆陰極濕度敏感度分析

    目前,國內裝車的燃料電池系統中,絕大部分采用了增濕器。據業內人士表示,豐田下一代Mirai燃料電池系統中又加入了增濕器。

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