燃料電池的工作原理和結構

燃料電池是通過氫和氧在燃料電池電爐內發(fā)生化學反應，將化學能轉化為電能的裝置。與傳統(tǒng)內燃機不同，燃料電池的電力來自氫和氧的電化學反應，與燃燒無關，產物是水。因此，燃料電池是零排放、高效率、具有低噪音等優(yōu)點。

燃料電池組通常是將多個燃料電池單元串聯(lián)疊加組合而成，而燃料電池單元主要是將兩個核心部件的正極板和膜電極串聯(lián)組合而成。燃料電池的工作原理和電池結構如下：

燃料電池電堆工作原理

燃料電池單元結構：雙極板和膜電極

燃料電池組的工作原理

燃料電池單元結構：正極板和薄膜電極

燃料電池雙極板的作用和結構特點

雙極板的成本占電爐的20%~40%左右。雙極板在燃料電池的電堆中主要起到分配反應氣體、導熱和支撐膜電極的作用，是燃料電池的骨架和基礎。

一般來說，正極板由進出口、分流區(qū)及分流反應區(qū)組成，其中進出口將氫氣、氧氣/空氣和冷卻液引入雙極板，為電化學反應提供工業(yè)物質，通過冷卻液調節(jié)反應溫度，分流區(qū)主要為氫氣、將氧氣/空氣和冷卻液均勻分配到流場反應區(qū)的流道中，保證電化學反應的一致性。提供氧氣/空氣。帶上反應產物，與電子進行反應熱傳導，對結構的一致性要求很高。一般的正極板結構圖如下：

普通燃料電池正極板結構

雙極板的性能要求很高，從性能上看，雙極板材料是電和熱的良導體，具有良好的強度及氣體致密性等，要求雙極板在燃料電池的強酸性、強電位、高濕熱工作環(huán)境中穩(wěn)定運行。

從加工性和經濟性的角度來看，雙極板易于加工，材料和制造成本低，目前車用燃料電池組一般需要將300-500個雙極板疊裝在一起。

不同材質的雙極板的特點及代表性電爐制造商

金屬正極板工藝圖

金屬雙極板產品的生產工藝主要包括沖壓階段、焊接階段、電鍍階段和密封階段，主要工藝如下：

具體生產流程如下：

主要生產工藝概述如下：

單極板沖壓：通過沖壓模具在金屬薄板線圈上制造油場、三鋼球及輔助結構。

剪裁邊：通過裁剪模具來去除剪裁邊、孔所需的材料段。

雙極板焊接：使用高速激光焊接系統(tǒng)將兩個單極板焊接成雙極板，該技術主要使用激光焊接焊接部位實現(xiàn)連接。

二極板清洗：用純水對金屬二極板表面進行超聲波清洗，去除金屬二極板表面的雜質，提高表面清潔度，為沉積鍍層做技術準備。

陽極板電鍍：在真空電鍍系統(tǒng)內，利用磁控濺射方法在陽極板表面制備導電耐蝕涂層。

雙極板包裝：通過自動包裝裝置在雙極板表面形成預成型的粘合層，放置密封件并定位，利用粘合層實現(xiàn)雙極板與密封件的連接。

電阻檢測：通過接觸電阻檢測裝置檢測正極板的導電性。

氣密性檢測：密封完成后，使用氣密性檢測設備對雙極板氫室、氧氣/空氣室及冷卻液室進行泄漏檢測，檢測氣密性狀態(tài)。

配送：外觀檢查，生成配送報告，完成配送準備。