高性能的新款MIRAI燃料电池堆的研究进展

2014年,丰田汽车公司推出了全球首款商用燃料电池汽车(FCV)MIRAI[1]。与第1代MIRAI车型使用的燃料电池(FC)电堆相比,新款MIRAI车型使用的燃料电池堆采用了新的双极板流道和改进的电极,成为世界上体积功率密度最高的产品之一,其功率密度为5.4kW/L(不包括端板),性能比第1代MIRAI车型的燃料电池堆提高了1.5倍[2]。提高电流密度是提高动力系统功率性能、减小体积的重要手段,双极板的作用是在电池内部合理地分配气体和排水,以稳定电流的产生。传统的直流通路容易被水淹没,很难维持稳定的电流。为了提高氧气的扩散效率,设计了1个局部窄流道,而不需要在原燃料电池堆中采用三维网格流场。这项新技术可使催化剂层中的氧浓度比传统的直流通道高2.3倍。除双极板外,催化剂载体和离聚物也得到了改进。铂(Pt)表面的离聚物会引起磺酸中毒,导致催化活性下降。为了解决这一难题,开发了介孔碳作为催化剂载体,在介孔碳的孔中携带Pt,通过减少离聚物与Pt表面的接触来抑制磺酸中毒。采用了1种高透氧离聚物,其透氧性能是先前燃料电池堆使用的离聚物的3倍。