燃料电池电堆的国际合作与交流对技术进步具有重要推动作用,目前全球范围内形成了以美国、日本、德国为关键的技术研发体系,中国、韩国等国家积极参与国际合作。国际合作的形式包括联合研发、技术转让、标准制定协调等,例如中美企业联合研发高功率密度车用燃料电池电堆,日韩合作推进船用燃料电池电堆的标准化。国际合作不能整合全球资源,加速技术突破,还能促进产业链的全球化布局,降低生产成本,推动燃料电池电堆的国际化推广应用。燃料电池电堆的燃料利用率通常能达到 80% 以上;四川检测车燃料电池电堆寿命测试

燃料电池电堆是燃料电池系统的关键发电单元,其性能直接决定了整个系统的功率输出、效率和可靠性。它主要由多个单电池串联而成,每个单电池包含阳极、阴极、电解质膜和双极板四大关键部件。工作时,燃料(如氢气)在阳极发生氧化反应释放电子和质子,电子通过外电路形成电流,质子经电解质膜到达阴极,与氧化剂(如氧气)结合生成水。电堆的输出功率与单电池数量、面积及工作条件密切相关,通常单电池数量越多、面积越大,电堆功率越高。目前,商用燃料电池电堆的单电池数量从几十片到上百片不等,很多应用于交通、发电等领域。江苏高温燃料电池电堆ODM大功率燃料电池电堆已成功应用于重型商用车领域!

双极板是燃料电池电堆的关键结构件,主要功能包括传导电流、分配反应气体、移除反应产物水及支撑膜电极组件。双极板的材料选择直接影响电堆的重量、体积、成本和耐久性。目前常用的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类:石墨双极板导电性好、耐腐蚀性强,但加工难度大、重量重;金属双极板(如钛合金、不锈钢)强度高、加工性好,可实现轻量化,但需通过涂层处理解决腐蚀问题;复合材料双极板结合了两者优势,具有重量轻、成本低的潜力,是当前的研究热点之一。
燃料电池电堆的性能衰减机制复杂,不同运行阶段的衰减原因有所不同。初期衰减主要由于催化剂活化面积减少、膜电极润湿不均导致,衰减速率较快;中期衰减主要由于催化剂溶解、质子交换膜轻微老化导致,衰减速率趋于平缓;后期衰减主要由于膜破损、双极板腐蚀、电极结构退化导致,衰减速率再次加快。通过研究性能衰减机制,可针对性地采取改进措施,如在初期运行阶段采用温和的工况进行 “活化” 处理,中期运行阶段优化水热管理,后期及时更换老化部件,以减缓衰减速度。燃料电池电堆工作时需要持续供应燃料和氧化剂吗?

燃料电池电堆的催化剂载体对催化剂性能和稳定性有重要影响,目前主流载体为碳材料(如 Vulcan XC-72 碳黑、碳纳米管、石墨烯),具有比表面积大、导电性好、成本低等优势。但碳载体在电堆运行过程中易被氧化腐蚀,导致催化剂颗粒脱落,影响电堆寿命。为解决这一问题,科研人员正研发新型催化剂载体,如钛氧化物、铌氧化物等金属氧化物载体,以及碳 - 金属氧化物复合载体,这类载体具有良好的耐腐蚀性和稳定性,可明显提升催化剂的寿命。此外,三维多孔载体结构的开发可进一步提高催化剂的分散性和利用率。燃料电池电堆需搭配空压机提供反应所需的氧气;吉林重卡续航提升燃料电池电堆CE认证
燃料电池电堆的冷却液需具备良好的导热和绝缘性;四川检测车燃料电池电堆寿命测试
燃料电池电堆的气体供应系统是保证其正常运行的重要配套系统,主要包括燃料供应系统和氧化剂供应系统。燃料供应系统由储氢罐、减压阀、氢气循环泵、过滤器等组成,负责将氢气从储氢罐输送到电堆阳极,并实现未反应氢气的循环利用,提高燃料利用率;氧化剂供应系统由空压机、增湿器、空气过滤器等组成,负责将压缩空气输送到电堆阴极,并对空气进行增湿处理,以维持质子交换膜的湿度。气体供应系统的稳定性直接影响电堆的性能,需通过精密控制阀门和传感器实现流量、压力的准确调节。四川检测车燃料电池电堆寿命测试
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