氢燃料电池金属双极板封装技术研究

双极板是氢燃料电池的关键零部件,其封装技术是一项难度大、成品率低、技术环节多的制造工艺。文章梳理近些年国内外现有的双极板封装技术,横向对比日本与中国现有的封装技术,详细分析焊接技术、密封胶及装堆技术3个关键封装技术的国内外现状,并依据双极板封装技术的现状为该技术的发展提供方向。

氢燃料电池金属双极板超高压液压成形密封应用研究

液压成形为塑性加工的一项成形技术,它分为管材液压成形(内高压成型)、板材液压成形和壳体液压成形三种[1]。板材采用充液拉深与普通拉深相比具有成形极限高、尺寸精度高和拉深工序少等优点。但由于采用高压液压介质充当成形“凸模”,将板材挤压如金属凹模内,在加上氢燃料电池金属双极板因功能需要,产品圆弧要求较小,这就需要超高压(≥200MPa)才能完成,然而,因机械本省刚性和模具制造精度问题,导致高压液体出现泄漏问题,从而无法达到成形需要的压力。采用一种PTFE加金属复合的密封圈结构,能有效解决板材超高压液压成形中密封问题。

质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)在缓解全球能源危机和解决环保难题方面提供了创新性的解决方案。在PEMFC中,双极板作为关键组件备受关注。其中,金属双极板因其成本低廉、材料容易获取、导电性能卓越以及易于机械加工而备受关注。然而,金属双极板目前仍然面临耐久性和导电性方面的挑战。为解决这些问题,通常采用表面改性涂层的方法对金属双极板进行处理。综述了近年来关于金属双极板表面改性涂层的研究进展,涵盖了材料设计、沉积工艺和涂层性能等多个方面。在此基础上,基于导电性、耐蚀性、膜基结合力以及疏水性等测试结果,分析了不同涂层对金属双极板表面改性效果的影响。同时,展望了各种类型改性涂层未来的研究趋势。这些研究成果为改善金属双极板的性能、进一步推动PEMFC表面改性技术的发展提供了有益的指导和启示。

质子交换膜燃料电池金属双极板流道结构及制造工艺

金属双极板因具有强度高、导电性和传热能力好、能量损失小、密封性好等优势,且加工方便、加工成本低、可制造超薄厚度及高体积比功率等特性,逐渐成为双极板材料的首选,而流道结构设计和制造工艺是影响金属双极板成形质量和工作性能的关键。对比了金属双极板常用传统流道结构与新型流道结构,分析了结构变化对燃料电池性能的影响;梳理了金属双极板的冲压成形、液压成形、软膜成形、辊轧成形、电磁成形、特种成形等塑性成形工艺技术及成形装备;最后对金属双极板的流道结构设计与制造工艺进行了展望。

燃料电池金属双极板表面改性技术综述

文章从耐腐蚀性、导电性的角度,概述了燃料电池金属双极板的性能要求、表面改性涂层材料和改性加工方式,重点介绍了不同涂层材料表面改性的特点,及对金属双极板性能的影响,为燃料电池双极板的后续发展提供参考。

质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的关键部件,对燃料电池的寿命、成本及性能具有重要影响。相比于石墨双极板和碳基复合材料双极板,金属双极板体积小、强度高、导电性能优异,已成为PEMFC双极板的主流材料。然而金属双极板易在PEFMC两极环境中产生腐蚀,且极板表面生成的氧化膜会降低其导电性,严重阻碍了金属双极板的进一步应用。从金属双极板基材选材、涂层结构设计及其性能等方面综述了金属双极板表面改性研究进展,特别探讨了金属双极板金属基涂层(贵金属、金属碳/氮化物、合金等)和碳基涂层(石墨、导电聚合物、无定型碳等)的最新研究成果,从涂层的膜基结合强度、耐蚀性、导电性和疏水性等方面探讨了现有涂层的优劣,涂层结构复合和纳米化有助于提升涂层的致密性,同时可进一步提升涂层导电性和耐蚀性。如何降低金属双极板材料和表面改性成本,提高极板耐蚀性、导电性和可靠性成为双极板研究的趋势,其对PEFMC性能提升和产业化推进具有重大意义。

质子交换膜燃料电池金属双极板的腐蚀与表面防护研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心多功能部件,占据电池组重量和成本的绝大部分.目前PEM-FC双极板材料主要有石墨、金属及相关复合材料.与石墨类材料相比,金属材料在强度、抗气体渗透、规模化生产及加工成薄板以提高电池比功率等方面显示明显优势,但其面临的主要挑战是腐蚀问题,这导致电池性能下降.为此,国内外围绕金属双极板的腐蚀与防护问题开展了广泛研究,并取得了长足进展.本文对此进行了简要评述.

表面改性金属双极板在直接甲醇燃料电池中的应用

石墨双极板由于制作成本高、易碎等不利因素严重制约直接甲醇燃料电池(DMFC)的发展。表面改性后的金属材料由于具备接触电阻低,加工强度高等优点而受到广泛关注。但是,迄今为止,国内少见改性金属双极板在DMFC中的研究报道。本文分别对金属及其氧化物、导电高分子、碳膜及金属碳化物、金属氮化物作为金属材料表面改性膜层进行了详述。基于改性金属双极板在模拟DMFC运行环境中的腐蚀原理,重点分析了表面改性前后金属双极板的抗腐蚀性能、接触电阻、表面涂层的成分及形态等关键参数,分析比较了改性涂层金属双极板对燃料电池运行中的电化学行为和寿命的影响。展望了表面改性金属双极板在DMFC中应用的研究趋势,为实现DMFC便携式发展奠定了良好的基础。

质子交换膜燃料电池金属双极板制造方法综述

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,双极板性能的好坏直接影响电池堆的输出功率和使用寿命,因此寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料及其成形方法已成为燃料电池产业化技术研究中的重要课题。金属由于具有高电导率、高热导率、高强度、气密性好以及易加工成形等优点,已引起广大研究者的重视。介绍了几种金属双极板材料及其成形方法,并分析各自优缺点,指出了金属双极板的未来发展方向。

质子交换膜燃料电池金属双极板制备工艺研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件,需求量巨大,金属双极板是新兴的双极板形式。为了初步探寻商品化制备金属双极板工艺的方向,文章综述了近年来质子交换膜燃料电池金属双极板的制造工艺。将金属双极板制造工艺分类为减材、增材以及等材3个方面,并对各类工艺优劣进行对比研究;同时从燃料电池金属双极板的商品化角度对各类制造工艺进行详细分析。提出了硬模和软模冲压工艺是商品化制备金属双极板的可行工艺方法。

金属双极板在模拟直接甲醇碱性燃料电池环境中的电化学行为

直接甲醇碱性燃料电池(DMAFC)由于采用了碱性电解质膜,许多在酸性介质中无法使用的非铂金属成为可选的催化剂已经引起了大家的普遍关注。双极板,特别是金属双极板作为DMAFC中一个关键材料对电池的输出性能起着重要的作用,其腐蚀性的大小决定了燃料电池的使用寿命长短。迄今为止,金属双极板在DMAFC中的研究国内外少见报道。本文对比研究了不锈钢316L和石墨作为双极板在模拟DMAFC中的电化学性能。动电位和电化学阻抗谱分析结果表明:不锈钢316L腐蚀电流低于石墨,其极化电阻明显高于石墨,恒电位实验结果与Tafel曲线分析结果一致,验证了动电位和电化学阻抗谱的实验结果。说明在碱性环境中,金属双极板与电解质溶液之间的反应活性比石墨双极板低,为拓宽不锈钢316L在DMAFC的应用奠定了理论基础。

高功率薄型金属双极板PEM燃料电池堆研究

对高功率车用薄型金属双极板PEM燃料电池堆模块进行测试研究。电池堆模块可在空气压力110～300kPa条件下工作,表现出良好的高、低压兼容特性。当空气压力300kPa,电池堆温度70℃,工作电流350A时,电池堆输出功率可达27.2kW,其质量和体积比功率分别为777W/kg和1015W/L。单电池电压方差求和计算结果显示,在工作电流50～120A的窗口区间内,单池电压具有相对最好的均匀一致性。在320A(约为1A/cm2)放电电流下,使用纯氢/氧气的电池堆输出功率比使用氢/空气高出约10%。空气相对湿度影响测试结果,电池堆较低功率下,空气的相对湿度80%～100%为佳;而当高功率下,空气相对湿度80%为佳。另外,对4单体薄型金属双极板燃料电池短堆进行耐久性测试,累计超过2900h,平均单池电压衰减率约为10mV/1000h。

百瓦级新型金属双极板PEM燃料电池堆研制

研制了采用冲压成型薄型金属双极板的百瓦级质子交换膜(PEM)燃料电池堆。对电池堆进行了不同操作条件下的性能测试研究。实验结果表明,所采用金属双极板材料能够在质子交换膜燃料电池工作环境下长时间稳定运行。

燃料电池金属双极板精密成形技术研究和发展

首先对国内外关于金属双极板的材料选择进行了概述,然后对已有的各种精密成形工艺的选材、生产原理和特点进行了详细介绍,在此基础上提出了塑性成形作为一种生产效率高、零件机械力学性能好的生产工艺是金属双极板成形技术将来的发展方向。

质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性涂层研究进展

用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的金属双极板,因其可加工性强、导热导电性优而受到广泛关注.作为燃料电池的重要组成部分,双极板的生产成本和性能是电堆投入实际应用、扩大应用范围的关键.金属双极板在PEMFC酸性且润湿的环境中,受到的侵蚀及其表面氧化带来的接触电阻的降低对其实际应用产生了挑战.本文简述了制备双极板表面改性涂层的方法,对比了用于极板改性的多类型涂层(金属基涂层、非晶碳涂层和氮化物涂层)在膜基结合力、界面导电性、耐腐蚀性能和疏水性等方面的差别,分析了改性涂层的腐蚀机制和影响涂层性能表现的因素,探讨了涂层在结构设计、失效机制、元素选择等方面存在的问题,讨论了降低极板成本、提高耐久性这一极板改性研究的主要趋势.

燃料电池金属双极板涂层技术研究现状

双极板作为质子交换膜燃料电池的核心组件之一,对燃料电池的性能、使用寿命以及生产成本有重要影响。本文通过对国内外金属双极板涂层技术研究现状进行分析归纳,讨论金属双极板涂层技术存在的问题,点明金属双极板涂层技术的发展趋势。

燃料电池金属双极板连接技术研究现状

双极板作为质子交换膜燃料电池的核心组件之一,对燃料电池的性能、使用寿命以及生产成本有重要影响。本文通过对国内外金属双极板连接技术研究现状的分析归纳,讨论了金属双极板连接技术存在的问题,指明了金属双极板连接技术的发展趋势。

质子交换膜燃料电池用金属双极板表面改性的研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部分,起收集传导电流、分隔氧化剂和燃料以及支撑电池堆等作用,占整个电池质量和成本的很大比重。目前PEMFC双极板材料主要有石墨、金属及相关复合材料。与其他双极板相比,金属双极板因具有导电导热性好、机械强度高、易加工和成本低等优点而受到重视,但其面临腐蚀及表面层钝化影响电池性能等问题。为此,国内外研究者对金属双极板的表面改性开展了广泛的研究,并取得了很大进展。

用于工业化生产的质子交换膜燃料电池金属双极板表面处理方法

采用多弧离子镀膜技术在316L不锈钢片上制备了一系列Cr的氮化物及碳氮化物的单层膜和多层膜,对不同的膜成分的样品进行了接触电阻和电化学耐腐蚀特性的测试.通过调控生产过程中的气压、温度、反应物比例等重要参数,得到符合要求的膜结构与化学成分.结果表明,多层薄膜结构以及合适的C、N化学计量比的镀膜的抗侵蚀性优于单层.此外,膜组合物中的C和N具有优化的化学计量比,以改善电化学和电学性质.这种充分发展的工业表面处理技术可以避免从实验室到工业化的放大效应.

燃料电池金属双极板设计与成形技术综述

氢燃料电池具有清洁、高效等诸多优点,受到了世界各国的高度关注,极板是其重要部件之一。综述了质子交换膜氢燃料电池金属双极板设计、成形等方向的研究和应用进展。在金属双极板设计方向,从极板平面流场分布设计、3D流场设计、考虑电堆结构的极板流场设计以及微流道尺寸优化设计等方面进行综述;在金属极板成形方向,从刚模冲压成形、软模冲压成形以及成形质量与电池性能相关性等方面进行综述。最后,结合笔者对行业的调研和理解,对未来金属极板的方向发展进行了展望。