国内外燃料电池电堆及组件
【干货】国内外燃料电池电堆及组件全景图谱
【干货】国内外燃料电池电堆及组件全景图谱时间：2019-08-23 10:03:53电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。
将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
图1氢燃料电池电堆构成国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。
也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪（采用加拿大巴拉德定制开发的电堆）和奔驰（采用奔驰与福田的合资公司AFCC的电堆）。
乘用车因为空间限制，目前只能采用高压金属板电堆的技术方案。
目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。
此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目前产能比较有限。
国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用考验的只有大连新源动力和上海神力两家企业，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。
上海神力成立于1998年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。
另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。
燃料电池电堆结构
燃料电池电堆结构
燃料电池电堆是一种新型的电池，它采用一种与传统化学电池不同的化学反应来产生
电能。
燃料电池电堆结构主要由电解质层、阳极和阴极层以及支撑结构组成。
以下分别介
绍这些部分的构造和作用。
1. 电解质层
电解质层是燃料电池电堆的重要组成部分，其作用是使氢气在阳极上发生氧化反应后，产生的负离子（即氢离子H+）通过电解质层转移到阴极，与氧气发生还原反应，产生水分子。
常见的电解质材料有：聚合物膜（PEM）、硫酸盐玻璃纤维纸（PAFC）、碱性电解质（AFC）等。
其中，PEM是目前最常用的电解质材料，具有高效、轻便、快速响应和题材性好等优点。
2. 阳极和阴极层
阳极和阴极层是燃料电池电堆的两个极，它们都涂有催化剂，以促进氢气和氧气之间
的化学反应。
具体来说，阳极通常涂有铂、钯等贵金属催化剂，阴极则涂有银、镍等催化剂。
当氢气进入燃料电池电堆的阳极时，氢气在催化剂的作用下被氧化成为离子和电子。
其中，电子流经电路形成电流，离子经电解质层转移到阴极，与氧气结合生成水分子。
3. 支撑结构
支撑结构是燃料电池电堆的骨架，它具有支撑电解质层、阳极和阴极层的作用，同时
还能提供氢气和氧气的通道。
常见的支撑结构材料有：金属、碳纤维等。
其中，碳纤维具有重量轻、强度高、耐腐
蚀等优点。
总体来说，燃料电池电堆的结构复杂，需要经过精密设计和制造。
随着燃料电池技术
的不断发展，燃料电池电堆的结构也将不断优化和改进，以提高其效率和稳定性。
燃料电池内部构造及作用
燃料电池内部构造及作用
燃料电池的内部构造包括燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、水热管理系统及电控系统。
1.燃料电池堆：由多个单电池以串联方式层叠组合构成，将双极板与膜电极三合一组件（MEA）
交替叠合，各单电池之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固住，就组成了质子交换膜燃料电池堆。
2.氢气供给系统：的主要作用是将储氢瓶出来的氢气进行一定的处理，转化成适于燃料电池堆内
化学反应的气体（流量、压力、温度、湿度等），经过氢气供给系统的处理，让燃料电池堆处于相对舒服的条件下。
3.空气供给系统：主要是对即将进入燃料电池的空气进行过滤、加压、加湿等处理，保证燃料电
池堆阴极侧的温度、压力、湿度及流量处于比较舒适的范围内。
4.水热管理系统：在燃料电池的运行过程中起到重要作用，通过对水蒸气的控制以及对热量的管
理，确保燃料电池的正常运行。
5.电控系统：是燃料电池的控制系统，负责监控和管理燃料电池的运行状态，确保其安全、稳定
地运行。
总的来说，燃料电池的内部构造和作用是确保其高效、稳定地运行，并产生电能。
1。
燃料电池种类工作原理及结构
燃料电池燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出來。
它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
燃料电池含有阳阴两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。
氢气由阳极进入供给燃料，氧气(或空气)由阴极进入电池。
电池经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成氢质子(proton)与电子(electron),其中质子进入电解液中，被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子经由外电路形成电流后，到达阴极。
在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子。
这正是水的电解反应的逆过程，因此水是燃料电池唯一的排放物。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，为一种”发电机阳极反应比一2竹+2幺阴极反应2//+ +2e + -O2T H?O总反应2H2+O^2H2O伴随着电池反应，电池向外输出电能。
只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。
燃料电池的分类1按燃料电池的运行机理分根据燃料电池的运行机理的不同，可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。
例如磷酸燃料电池(PAFC)和液态氢氧化钾燃料电池(LPHFC)o2按电解质种类分根据燃料电池中使用电解质种类的不同，可分为酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质的燃料电池。
即碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。
在燃料电池中，磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC) 可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应燃料电池电动汽车(FCEV)使用的要求，更加具有竞争力。
3按燃料类型分燃料电池的燃料有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料和汽油、柴油以及天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。
燃料电池电堆规格
燃料电池电堆规格一、概述燃料电池是一种新型的清洁能源，具有高效、环保、安全等优点。
其中，燃料电池电堆是燃料电池系统的核心部件，负责将氢气和氧气转化为电能。
本文将详细介绍燃料电池电堆的规格。
二、类型目前常见的燃料电池电堆主要有三种类型：PEMFC（质子交换膜燃料电池）、SOFC（固体氧化物燃料电池）和PAFC（聚合物交换膜燃料电池）。
其中，PEMFC应用最广泛。
三、参数1. 产生功率：通常情况下，PEMFC的产生功率在1-100 kW之间。
2. 工作温度：PEMFC的工作温度在60-80℃之间。
3. 稳定性：PEMFC的寿命一般在5000小时以上。
4. 尺寸：PEMFC的尺寸通常为50×50×200mm³左右。
5. 重量：PEMFC的重量通常在1-10kg之间。
四、构成1. 正极板：由于正极板需要承受高温高压等严酷环境，因此通常采用耐高温、高强度的材料，如金属或碳纤维等。
2. 负极板：与正极板类似，负极板也需要具备高温高压的耐受能力。
3. 电解质膜：PEMFC采用的电解质膜主要有两种：聚合物电解质膜和无机氧化物电解质膜。
其中，聚合物电解质膜具有较好的导电性和机械性能，但稳定性较差；无机氧化物电解质膜则稳定性较好，但导电性较差。
4. 催化剂层：催化剂层是PEMFC中最重要的部件之一，其作用是促进氢气和氧气之间的反应，并将其转化为电能。
目前常见的催化剂包括铂、钯、铑等。
5. 冷却系统：由于PEMFC在工作过程中会产生大量热量，因此需要配备冷却系统来保证其正常工作。
五、应用领域1. 汽车行业：燃料电池汽车已经成为新能源汽车发展的重要方向之一。
2. 能源领域：燃料电池可以作为分布式能源系统的核心部件，实现能源的高效利用。
3. 航空航天领域：燃料电池可以替代传统燃料，成为未来航空航天领域的重要能源来源。
六、总结燃料电池电堆是燃料电池系统的核心部件，具有高效、环保、安全等优点。
本文介绍了燃料电池电堆的类型、参数、构成和应用领域，希望对读者有所帮助。
燃料电池电堆行业成本构成及企业竞争格局分析
燃料电池电堆行业成本构成及企业竞争格局分析燃料电池产业链方面，上游主要是构成燃料电池电堆的零部件：膜电极（质子交换膜、催化剂、气体扩散层）、双极板等，以及氢气系统的零部件：空压机、增湿器、氢循环泵、储氢瓶等；中游是整个燃料电池动力系统的组装；下游主要包括由固定发电、交通运输以及包含军事、航天在内的特殊领域。
氢能作为配套的产业链，主要包括制氢、储运氢和加氢站。
一、电堆的成本构成电堆是燃料电池最关键的部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。
将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。
目前国内燃料电池电堆正在逐步起步，企业数量不断增长，并且通过自主研发和技术引进已实现量产。
燃料电池电堆的生产规模较小，成本较高，目前成本在70美元/kW左右。
膜电极是燃料电池的成本核心，量产有助于成本下降。
电堆中最核心的组成部分是膜电极组件，占据电堆成本的65%以上。
未来随着鸿基创能的量产规模逐步扩大，膜电极（质子交换膜+催化剂+气体扩散层）在电堆成本中的占比有望从70%（年产1000套电堆）下降至57%（年产50万套电堆）。
DOE预计，到2020年，铂金属用量由0.16降低到0.125g/kW，双极板成本从7美元/kW降低到3美元/kW，50万台批量成产成本将在2020年下降到40美元/kW，最终目标将会实现30美元/kW。
全球范围内燃料电池车的生产规模普遍不高，规模效应降本是当前主导方式，当生产规模从百套/年到千套/年数量级变化时，各组件的制造成本均有显著降低；当生产规模增长至1万套每年时，双极板、催化剂、质子交换膜和气体扩散层成本仍具有规模化降本空间，其他组件已开始不是特别明显；当生产规模由1万套/年增长至50万套/年时，质子交换膜和气体扩散层成本仍旧会随着规模扩大而降低，但此时电堆成本主要由电极催化剂和双极板的材料用量及价格决定，这与技术及工艺水平密切相关。
氢燃料电池电堆产业链深度解析
燃料电池汽车产业链概览在氢燃料电池产业链中，上游是氢气的制取、运输和储藏，在加氢站对氢燃料电池系统进行氢气的加注；中游电堆等关键零部件的生产，将电堆和配件两大部分进行集成，形成氢燃料电池系统；在下游应用层面，主要有交通运输、便携式电源和固定式电源三个方向；消费终端为料电池汽车生产、销售环节。
燃料电池电堆燃料电池电堆是燃料电池汽车产业的心脏，成本占据燃料电池系统成本60%以上，且技术门槛较高。
燃料电池电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件如密封件、端板和集流板等组成。
国内燃料电池电堆产业链初成雏形，上游厂商齐全，膜电极、质子交换膜和双极板具备国产化能力，气体扩散层有小批量供应，催化剂具备研发能力。
相比国外燃料电池电堆，国内电堆在核心材料缺乏与关键技术方面仍存在短板，也是燃料电池电堆成本居高不下的主要原因，因此当前降低电堆成本仍是燃料电池汽车商业化的关键。
燃料电池结构：膜电极、双极板堆叠形成电堆双极板：电堆中的“骨架”双极板是电堆中的“骨架”，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。
其性能优劣将直接影响电堆的体积、输出功率和寿命。
双极板按材料主要分为石墨板、金属板、复合板。
目前国内以石墨板为主，金属板为未来主流技术。
商用车倾向配备石墨板，乘用车因空间要求高配备金属板。
石墨双极板石墨双极板是目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)中应用最广泛的材料，具有较好的导电导热性，耐腐蚀性等，常用于商用车领域。
石墨板目前在技术、商业化层面均已成熟且占据大量市场份额，成本难以进一步降低，行业发展，需等待上游石墨材料技术升级带来成本降低激发需求。
常用石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。
石墨双极板技术壁垒较低，国外代表企业有美国Poco、加拿大Ballard 等；国内技术已达国际一流水平，代表性企业有上海神力（亿华通子公司）、上海弘枫、淄博联强、上海弘竣和国鸿氢能等，其中上海弘枫产品已实现海外出口；国鸿氢能石墨双极板技术成熟、可批量和定制化生产。
燃料电池工作原理、分类及组成-图文精选全文
在五六十年代，阱-空气燃料电池曾作为军用电源大力开发。
这种电池最主要的缺点是阱具有极高毒性、价格昂贵。而 且，这种电池系统需要大量辅助设备，这不仅需要消耗电 池所产生功率中的相当大一部分，而且在电池正常工作前 必须启动这些辅助设备。
因此，尽管在理论上阱氧化产生的能量比大多数其他燃料 要大得多，但阱电池在商业上似乎不大可能有重要用途。
因此与PEMFC相比，在DMFC阳极结构与作燃料时，由于阳极室充满了液 态水，DMFC质子交换膜阳极侧会始终保持在良好的 水饱和状态下。
但与PEMFC不同的是，当DMFC工作时不管是电迁 移还是浓差扩散，水均是由阳极侧迁移至阴极侧， 即对以甲醇水溶液为燃料的DMFC，阴极需排出远 大于电化学反应生成的水。
其应用目标是便携式电源及交通工具用动力电 源。
在燃料电池系统中采用液体燃料是吸引各种商业用 户的有效途径之一。
因为液体燃料储运方便，易处置。曾经考虑用作 AFC系统的液体燃料有阱（N2H4）、液氨、甲醇和 烃类。
由于AFC系统通常以KOH溶液作为电解质，KOH与某 些燃料可能产生的化学反应使得AFC几乎不能使用 液体燃料。
PAFC结构
PAFC系统
AFC
碱性燃料电池
碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池相似，但其使用的电 解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。电化学反应：
阳极： 2H 4OH 4H2O 4e 阴极： O2 2H2O 4e 4OH
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此启动也很快，但其电力密度 却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得笨拙。 不过，它们是燃料电池中生产成本最低的，因此可用于小型的固定发 电装置。
隔膜材料
• PAFC的电解质封装在电池隔膜内。隔膜材料目前采用微孔结构隔膜， 它由SiC和聚四氟乙烯组成，写作SiC-PTFE。新型的SiC-PTFE隔膜 有直径极小的微孔，可兼顾分离效果和电解质传输。
国内外车用燃料电池研究现状及思考
国内外车用燃料电池研究现状及思考【摘要】车用燃料电池作为新型清洁能源技术，受到了国内外广泛关注和研究。
本文通过对国内外车用燃料电池研究现状的调研分析，发现目前国外在燃料电池技术方面处于领先地位，拥有较为成熟的技术和产业链，而国内虽然存在一定研究基础，但与国外仍有一定差距。
文章也指出了当前燃料电池研究存在的问题，例如成本高、寿命短等，并对未来发展方向提出了建议，如降低成本、延长使用寿命。
通过对比分析国内外燃料电池研究现状，提出了一些启示和借鉴意见。
本文不仅总结了当前研究现状并展望未来发展，也为燃料电池技术的进一步发展和应用提供了一定的参考价值。
【关键词】车用燃料电池, 研究现状, 国内, 国外, 问题, 发展方向, 对比分析, 总结, 展望, 价值。
1. 引言1.1 背景介绍车用燃料电池是一种新型的清洁能源汽车动力系统，其具有高效能、零排放、环保等优点，被认为是未来汽车发展的重要方向之一。
随着全球能源危机和环境污染问题的日益突出，车用燃料电池技术的研究与应用也成为各国政府和企业重点关注的领域之一。
国内外许多科研机构、高校和企业纷纷投入车用燃料电池的研究开发工作，力求在技术、产业化等方面取得突破。
目前我国对车用燃料电池的研究进展迅速，已经形成了一定规模的研究团队，并取得了一系列重要的科研成果。
与国外发达国家相比，我国在车用燃料电池的研究与应用方面仍存在一定的差距，亟待加大投入力度，加速技术进步，提升我国在该领域的国际竞争力。
对国内外车用燃料电池研究现状进行综合分析和比较，探讨存在的问题及未来发展方向，具有重要的理论和实际意义。
本文将在此基础上展开深入探讨。
1.2 研究意义车用燃料电池作为新能源汽车的核心动力源之一，具有高效、环保、节能的特点，对于解决能源紧缺和环境污染问题具有重要意义。
随着全球能源和环境形势的日益严峻，燃料电池技术的研究和应用愈发受到重视。
国内外对于车用燃料电池的研究也在不断深入，取得了一系列重要成果。
全球20家知名燃料电池公司盘点
全球20家知名燃料电池公司盘点欧洲公司（共七个）一、 AFC Energy（AFC能源公司）1. 成立时间：2006年2. 地址：英国萨里郡的克兰利3. 主营业务：一家致力于工业应用的碱性燃料电池的开发公司，世界领先的低成本碱性燃料电池技术开发商，致力于大规模工业级应用系统的开发。
4. 技术特点：Alfa System的氢燃料电池、任命GB Innomech设计并构建了一套用于组装碱性燃料电池的自动化生产系统。
每个堆叠由多个层组成，按顺序排列，形成含有氢、空气或氢氧化钾电解液的特定通道。
5. 发展程度：AFC被认为是另类投资市场表现最好的公司之一。
积累了十年的研发经验，以制造有史以来最高效的碱性燃料电池。
6. 最新动态：AFC能源与德国工程咨询公司密植股份有限公司签署合作协议，支持AFC能源的碱性燃料电池系统的优化和推出。
通过配售、认购和公开要约方式筹集的810万英镑延长与诺拉股份有限公司的联合开发协议。
7. 合作伙伴：密植股份有限公司、Samyoung、Changsing Chemical、AkzoNobel二、Arcola Energy（阿尔科拉能源公司）1. 成立时间：2010年2. 地址：英国伦敦3. 主营业务：一家专门研究燃料电池、氢和其他清洁能源技术的系统工程公司。
该公司成立的目的是解决技术公司开发的清洁能源系统与最终用户需求之间的差距。
4. 技术特点：安装了一套75kW燃料电池系统，为Orkney的Kirkwall港口供电。
5. 发展程度：在英国及其他地区开发和部署燃料电池电动汽车(FCEV)方面处于领先地位。
6. 最新动态：正在引导将FCEV引入英国车队，重点是商业车辆。
7. 合作伙伴：PowerCell、BOC、Proton Motor、Hydrogenics三、SFC Energy AG（SFC能源公司）1.成立时间：2000年2.地址：德国慕尼黑的Brunnthal，在荷兰、罗马尼亚和加拿大设有生产基地。
燃料电池发电系统的构成
燃料电池发电系统的构成燃料电池发电系统是一种新型的能源转化技术，它可以将化学能转化为电能，并能够实现零排放。
这种技术在可再生能源方面具有巨大的潜力，因为它可以使用可再生能源作为燃料，包括太阳能、风能、水能和生物质资源等。
燃料电池发电系统由多个组件组成，以下是详细的介绍。
1. 燃料电池堆燃料电池堆是燃料电池发电系统的核心组件。
它由多个单元组成，每个单元内部有两个电极，分别为负极（阴极）和正极（阳极）。
这些电极通过电解质分离，从而使得电子从负极流向正极，同时在正极处氧气与氢气化合生成水和热能。
这种化学反应产生的电能可以被用来驱动电动机、电池存储或直接供电。
燃料电池堆有多种类型，常见的有质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池和固体氧化物燃料电池等。
2. 燃料处理器燃料处理器是燃料电池发电系统的另一个核心组件。
它的主要作用是将燃料转化为燃料电池堆可以利用的氢气。
不同种类的燃料需要不同的处理器，例如，乙醇需要使用蒸汽重整器，天然气需要使用蒸汽甲烷重整器等。
处理器通常包括多个步骤，例如，脱硫、重整、燃料气净化等。
燃料处理器的性能需要与燃料电池堆的性能匹配，这样可以确保燃料气的质量和稳定性。
3. 储氢器储氢器的作用是存储氢气，为燃料电池堆提供氢气供应。
储氢器的种类包括压力容器、液态储氢器和吸附式储氢器等。
压力容器是最简单的储氢器，它可以存储氢气压缩到高压力的气体中。
液态储氢器可以存储氢气封闭在低温下的液态中。
吸附式储氢器是一种新型的储氢器，它使用发泡材料的微孔和纳米材料的吸附作用来存储氢气。
储氢器的性能受到很多因素的影响，例如，体积、重量、成本、安全性等。
4. 电子负载电子负载是指燃料电池发电系统中使用电能的设备。
它们可以是电动机、发电机、电池存储器或直接连接到电网等。
与普通电池不同，燃料电池发电系统的电流和电压较低，需要使用适当的电子负载来确保系统稳定性和效率。
5. 控制器控制器是燃料电池发电系统的重要组件之一。
燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法
燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法
燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法通常包括以下步骤：
1. 制备假膜电极组件：
a. 准备膜电解质材料，通常为聚合物质料，如聚四氟乙烯（PTFE）。
b. 在膜电解质材料上涂布催化剂，如铂（Pt），用于电化学
反应。
c. 在另一侧涂布非催化剂材料，如钨（W），用于电子导电。
d. 将涂布好的膜电解质材料切割成合适尺寸的片状，以作为
假膜电极组件的基础。
2. 制备燃料电池堆：
a. 准备阳极和阴极板，通常为金属材料，如镍（Ni）。
b. 将阳极板和阴极板堆叠在一起，中间间隔一定距离，形成
电极层。
c. 在电极层中间夹入假膜电极组件，确保假膜电极组件与阳
极和阴极板紧密接触。
d. 使用密封材料封闭电极层的边缘，使其成为一个密封的燃
料电池单元。
e. 将多个燃料电池单元堆叠在一起，组成燃料电池堆，通常
通过导电连接板将单元连接在一起。
3. 制作燃料电池车辆：
a. 将燃料电池堆安装在车辆的适当位置，通常安装在车辆底部。
b. 安装氢气贮存罐，用于存放燃料。
c. 安装氧气进气罐，用于提供氧气。
d. 安装电池控制系统，用于监控和控制燃料电池的工作状态。
e. 安装电动机和传动系统，将燃料电池产生的电能转化为机
械能，驱动车辆前进。
f. 安装其他必要的设备，如氢气供应系统、冷却系统等。
总的来说，制作燃料电池堆和车辆主要包括材料准备、组件制作和系统集成等过程。
制作过程需要严格控制材料的质量和工艺参数，以确保燃料电池堆和车辆的性能和可靠性。
新型燃料电池电堆的设计与优化研究
新型燃料电池电堆的设计与优化研究近年来，燃料电池技术逐渐成为各国科学家研究的热点，有望成为未来的新型能源。
燃料电池可以通过将燃料和氧气直接反应，产生电能和水来为人们提供绿色、高效、可再生的能源。
而电堆作为燃料电池最重要的组成部分之一，其设计和优化也成为燃料电池研究中的难点之一。
一、燃料电池电堆的组成电堆的设计取决于燃料电池电化学反应的类型，一般包括阳极、阴极、电解质膜及流道板四部分。
其中，阴极为氧气还原电化学反应的场所，而阳极为燃料气体的氧化反应场所。
电解质膜用于分离阳极与阴极，并使电子通过外部负载进行流动。
流道板作为燃料电池电堆的载体和组合部件，起到流体传递和电池内部温度控制的作用。
其主要作用是在流体进入电堆之前，分别将燃料和氧气引入到阳极和阴极处进行反应，并在反应结束后将产生的水及废气排出。
另外，还要确保燃料和氧气的有效分布和均匀反应，以避免局部浓度过高或过低而导致的效率低下和质量问题。
二、电堆的设计思想电堆的设计与优化是典型的多学科、综合性和开放性问题，需要从材料工程、化学工程、机械工程、传热传质、流体力学、控制理论等多个领域进行综合分析和优化。
首先，设计者需要选择合适的材料和结构，以满足电池的性能要求，如电化学活性、氧气或燃料的密度和运动性、耐腐蚀性、热稳定性和机械强度等。
同时，还需要考虑电堆的几何形状、电极间距、厚度及分布均匀性等因素，以保证电流的均衡和温度的稳定。
其次，应用流体力学理论，研究流体在电堆内的传递和反应行为，优化流道板的结构形式和尺寸大小，以达到最佳的运动状态和流动分布。
通过数值模拟和实验验证的方法，可评估不同流道板结构对电堆性能的影响，发现狭缝宽度、角度、长度等参数的变化对反应效率、压降损失等多个方面影响很大。
最后，设计者还应该考虑电堆产热的问题，采用传热传质理论分析堆体温度分布，优化冷却水流道，选用合适的辐射散热材料等，以使得电池的使用寿命更加长久稳定。
三、电堆的优化方法燃料电池电堆的优化方法主要分为几种，可以通过理论计算和实验对电堆的性能进行分析和优化：1.电流分布的优化：通过数值计算模拟不同电极间距、厚度、长度等参数的变化，来达到流体分布的均匀性。
电堆生产工艺及设备
电堆生产工艺及设备全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电堆是一种将化学能转化为电能的设备，广泛应用于电动汽车、无人机、移动电话等领域。
电堆的生产工艺及设备对电堆的性能和稳定性具有至关重要的影响。
本文将探讨电堆生产工艺及所需设备的相关内容。
电堆的生产工艺通常包括几个主要步骤：制备膜层、组装电极、封装等。
首先是膜层的制备，这是电堆生产中最核心的步骤之一。
膜层通常由电解质膜、阳极和阴极组成。
电解质膜需要具有较高的离子传导性和耐化学腐蚀性。
阳极和阴极一般由贵金属或钛合金等材料制成。
膜层的制备需要先在基底上涂覆薄膜，然后通过热压等工艺将电极铺设在膜上。
接着是电极的组装。
电极通常由阳极、电解质和阴极三层组成，需要确保电极间的电导率和电阻率符合设计要求。
组装电极时，需要将阳极、电解质和阴极依次叠加，然后进行压制和固化，以确保电堆整体结构的稳定性和密封性。
最后是电堆的封装。
电堆封装一般分为内封和外封两部分。
内封主要是将电极组件固定在金属腔体中，并注入适量的电解液。
外封则是将内部金属腔体进行外包裹，保护电堆不受外界环境影响，并确保电堆的工作稳定性和安全性。
在电堆生产工艺中，需要借助一系列专用设备来实现各个步骤的制备和组装。
其中包括膜层涂覆设备、电极组装设备、封装设备等。
膜层涂覆设备通常包括涂布机、热压机等，用于将膜层均匀涂覆在基底上，并通过热压等手段完成电极的铺设。
电极组装设备一般包括压制机、热固化设备等，用于将电极层依次叠加并固化成整体结构。
封装设备则包括封装机、真空包装机等，用于将电堆内部金属腔体密封并外包裹，确保电堆的工作稳定性和安全性。
除了上述基本设备外，电堆生产工艺还需要借助一些辅助设备来提高生产效率和质量。
离子交换膜活化设备、电堆性能测试设备等。
离子交换膜活化设备用于对电解质膜进行活化处理，提高其离子传导率和耐化学腐蚀性。
电堆性能测试设备则用于对生产后的电堆进行性能评估，确保其符合设计要求。
电堆生产工艺及所需设备对电堆的性能和稳定性有着至关重要的影响。
国外著名燃料电池公司大盘点
国外著名燃料电池公司⼤盘点⼀、巴拉德动⼒系统公司: PEM燃料电池的全球领导者1、公司简介：巴拉德动⼒系统公司(Ballard PowerSystem Inc.)于1979年在加拿⼤成⽴，公司从1983年开始⼀直致⼒于燃料电池的开发制造，在30余年的经验积累下，⽬前已经成为质⼦交换膜燃料电池(PEMFC)技术的全球领导者，是世界上最⼤的集设计、开发、⽣产、销售、服务为⼀体的质⼦交换膜燃料电池企业。
2、主营业务：⽬前巴拉德的主要业务是质⼦交换膜燃料电池产品(包括燃料电池堆、模块和系统)的设计、开发、制造和服务，专注于商⽤市场(电信备⽤电源、物料搬运和⼯程服务)和开发阶段市场(公车、分布式发电和连续电源等)，是质⼦交换膜燃料电池技术领域中公认的全球领导者。
巴拉德PEM电池产品的三种形式资料来源：公司年报，海通证券，燃料电池之家整理（1）燃料电池电堆燃料电池电堆是巴拉德的最主要的PEM电池产品，下游应⽤⼏乎涵盖所有可能领域如通信后备电源、物资搬运设备、燃料电池轿车和客车等。
尤其是燃料电池轿车，现今主流燃料电池轿车⼚商⼏乎都是巴拉德的客户。
巴拉德燃料电池堆下游应⽤领域主要客户资料来源：海通证券，燃料电池之家整理（2）燃料电池模组巴拉德公司燃料电池模组主要⽤于重载动⼒装置(HeavyDuty Motive)，包括燃料电池公交和轻轨，主要产品即FC veloCity系列。
⽬前燃料电池公交尚未完全商业化，巴拉德公司在该领域处于领先地位，公司与超过 10 家⼤型公交车制造⼚商建⽴合作关系（3）燃料电池系统巴拉德公司燃料电池系统专门⽤于固定式后备电源(电信后备电源)。
后备电源的需求来⾃于⾃然灾害如地震、台风等导致电⼒⼤⾯积中断以及贫电地区的电⽹频繁断电状况这两⽅⾯。
⽬前公司已经出货超过3000件燃料电池系统，兆⽡出货量约为12.8MW。
FCgen-H2PM系统是公司固司已经出货超过3000件燃料电池系统，兆⽡出货量约为12.8MW。
盘点国内外知名燃料电池双极板企业一览
盘点国内外知名燃料电池双极板企业⼀览来源：能链双极板，⼜叫流场板，是燃料电池的关键组件之⼀，主要起到输送和分配燃料、在电堆中隔离阳极阴极⽓体的作⽤。
据业内⼈⼠介绍，双极板占整个燃料电池重量的80%、成本的24%。
其基体材料需具有强度⾼、致密性好、导电和导热性能好等特点，材料的选择将直接影响燃料电池的电性能和使⽤寿命。
能链了解到，⽬前市场上氢燃料电池的双极板根据基体材料的不同分为⽯墨、⾦属和复合材料三类。
⽯墨双极板在燃料电池的环境中具有⾮常良好的化学稳定性，同时具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，重量轻，是⽬前质⼦交换膜燃料电池研究和应⽤中最为⼴泛的材料。
⽬前，⽯墨双极板技术已经成熟，并已实现商业化⼤规模应⽤。
但是有较重、易碎、加⼯昂贵等缺点。
⽯墨双极板由于其良好的耐久性，被⼴泛应⽤于商⽤车。
⾦属双极板具有强度⾼、韧性好，且导电、导热性能好，功率密度⼤和成本低的优点，可⽅便的加⼯制成很薄的PEMFC双极板（0.1-0.3mm），主要应⽤于乘⽤车，如丰⽥Mirai采⽤的就是⾦属双极板，其燃料电池模块功率密度达到3.1kW/L。
但是⾦属双极板存在易受腐蚀、⾦属离⼦污染、密度⼤、质量重、表⾯易形成氧化物薄膜等缺点。
它的技术难点在于成型技术和双极板表⾯处理技术。
复合材料双极板兼具⽯墨材料的耐腐蚀性和⾦属材料的⾼强度特性，复合板能较好地结合⽯墨板与⾦属板的优点，密度低、抗腐蚀、易成型。
下⾯，能链为⼤家介绍⼀下国内外部分双极板⽣产⼚商。
国内企业⽬前，国内知名的双极板企业主要有：氢璞创能、新源动⼒、上海弘枫实业、上海弘竣、中国神奇电碳、淄博联强、上海神⼒、杭州鑫能⽯墨、江阴沪江科技、上海喜丽碳素、嘉裕碳素、爱德曼、湖南振邦氢能科技、上海治臻、明天氢能科技、安泰环境⼯程技术、上海佑⼽、武汉喜马拉雅光电、成都育芽科技等。
▲部分国内双极板⽣产⼚商logo以氢璞创能和上海治臻这两家企业为例：氢璞创能北京氢璞创能科技有限公司是⼀家致⼒于新能源市场化的创新型企业，⾃成⽴以来，氢璞创能⼀直致⼒于⽔冷燃料电池和甲醇制氢技术的研发和产业化，是为数不多的拥有核⼼技术⾃主知识产权及产业化技术的燃料电池⼚家。
燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法[001]
![燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法[001]](https://img.taocdn.com/s3/m/df641874ff4733687e21af45b307e87101f6f8e6.png)
燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法燃料电池技术作为当今世界上较为先进的清洁能源技术之一，在汽车、航空航天、能源等领域具有广阔的应用前景。
其中，燃料电池堆作为燃料电池系统的核心部件，其关键组件之一是假膜电极组件。
本文将详细介绍燃料电池堆的假膜电极组件、燃料电池堆和车辆的制作方法，以便加深对这一技术的理解和应用。
一、燃料电池堆的假膜电极组件1.1 假膜电极组件的定义和作用假膜电极组件是燃料电池堆中的关键部件之一，由阳极、阴极和质子交换膜组成。
阳极用于氢气的氧化反应，阴极用于氧气的还原反应，质子交换膜用于质子的传递和阻止氢气和氧气的混合。
假膜电极组件的主要作用是加速氢气和氧气在阳极和阴极之间的反应速率，实现电能的转化。
1.2 假膜电极组件的制作方法（1）阳极制作：阳极材料采用贵金属或贵金属合金，如铂、镍等。
首先将阳极材料涂覆在电极支撑体上，然后采用压力或热处理等方法，使阳极材料与电极支撑体均匀结合，并确保阳极的导电性。
（2）阴极制作：阴极材料通常采用金属氧化物或贵金属催化剂。
与阳极制作类似，阴极材料也需要涂覆在电极支撑体上，并通过适当的处理方式使阴极材料与电极支撑体形成均匀的结合，并具备良好的电导性。
（3）质子交换膜制作：质子交换膜通常采用聚合物材料，如聚四氟乙烯或聚苯乙烯磺酸膜等。
制作时，将质子交换膜涂覆在阳极和阴极之间，以实现阳极和阴极之间的气体分离，同时确保质子的传递。
二、燃料电池堆的制作方法2.1 燃料电池堆的定义和结构燃料电池堆是由多个燃料电池单元按一定的排列方式连接而成。
每个燃料电池单元由阳极、阴极和质子交换膜组成。
燃料电池堆的结构主要包括氢气侧、氧气侧和冷却系统。
2.2 燃料电池堆的制作步骤（1）阳极、阴极和质子交换膜组件的制作：按照上述1.2中的制作方法，分别制作阳极、阴极和质子交换膜组件。
（2）电极与质子交换膜的组装：将阳极和阴极与质子交换膜按照设计要求进行组装，形成夹层结构，并确保各层之间紧密结合，以防止气体泄漏和质子漏失。
燃料电池电动汽车的结构组成
燃料电池电动汽车的结构组成燃料电池电动汽车是一种运用燃料电池作为能源的电动汽车，相比于传统的内燃机汽车，燃料电池电动汽车具有零排放、高效能的特点。
那么，燃料电池电动汽车的结构组成是什么呢？一、燃料电池系统燃料电池系统是燃料电池电动汽车的核心部分，主要由燃料电池堆、氢气供应系统和氧气供应系统组成。
燃料电池堆是将氢气和氧气通过化学反应转化为电能的装置，氢气供应系统负责储存和供应氢气，氧气供应系统则负责供应氧气。
二、电池组件电池组件是燃料电池电动汽车的能量储存装置，主要由一系列电池单元组成。
这些电池单元将电化学反应转化为电能，并将其储存起来，以供电动汽车驱动电机使用。
三、电动机电动机是燃料电池电动汽车的动力输出装置，负责将电能转化为机械能，驱动汽车前进。
根据需要的驱动方式不同，可以选择直流电动机或交流电动机。
四、电子控制系统电子控制系统是燃料电池电动汽车的大脑，负责控制和协调整个系统的运行。
它监测燃料电池系统的状态，控制氢气和氧气的供应，管理能量的流动，同时也与车辆的其他系统进行通信和协调。
五、辅助系统辅助系统包括制动系统、转向系统、空调系统、安全系统等，它们与传统的内燃机汽车的相应系统类似，但在燃料电池电动汽车中也需要进行一定的适应和改进。
六、氢气储存系统氢气储存系统用于存储氢气，以满足燃料电池的供氢需求。
常见的氢气储存方式有高压氢气储存和液态氢气储存两种。
七、氧气供应系统氧气供应系统负责将空气中的氧气输送到燃料电池堆中，以供化学反应使用。
通常采用的方式是通过气体压缩机将空气压缩后输送到燃料电池堆。
总结起来，燃料电池电动汽车的结构组成主要包括燃料电池系统、电池组件、电动机、电子控制系统、辅助系统、氢气储存系统和氧气供应系统。
这些部件相互协作，实现了燃料电池电动汽车的高效能、零排放的特点。
随着技术的不断发展，燃料电池电动汽车将成为未来可持续发展的重要选择。
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国内外燃料电池电堆及组件
电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。
将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
图1氢燃料电池电堆构成
国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。
也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪（采
用加拿大巴拉德定制开发的电堆）和奔驰（采用奔驰与福田的合资公司AFCC 的电堆）。
乘用车因为空间限制，目前只能采用高压金属板电堆的技术方案。
目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard 和Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。
此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目前产能比较有限。
国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用考验的只有大连新源动力和上海神力两家企业，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。
上海神力成立于1998年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。
另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。
表1电堆厂家及产品性能
1双极板
双极板是电堆的核心结构零部件，起到均匀分配气体、排水、导热、导电的作用，占整个燃料电池60%的重量和～20%的成本，其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。
双极板材料目前主要是石墨双极板和金属双极板，丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO等乘用车均采用金属双极板，而商用车一般
采用石墨双极板。
图2燃料电池双极板
石墨基双极板的主流供应商有美国POCO、美国SHF、美国Graftech、日本Fujikura RubberLTD、日本Kyushu Refractories、英国Bac2等。
石墨双极板已实现国产化，国产厂商主要有上海神力、上海弘枫、杭州鑫能石墨、江阴沪江科技、淄博联强碳素材料、上海喜丽碳素等公司。
目前国外金属双极板主要供应商有瑞典Cellimpact、德国Dana、德国Grabener、美国treadstone等。
国内还处于研发试制阶段，上海佑戈、上海治臻新能源、新源动力等企业研制出车用燃料电池金属双极板，并尝试在电堆和整车中实际应用。
复合双极板的研发目前还比较少，国内仅有大连新源动力和武汉喜玛拉雅等企业有所涉及，实际应用情况还未见报导。
表2双极板主要厂家及产品性能
2膜电极
膜电极是电堆的核心，类似于电脑里的CPU，决定了电堆性能、寿命和成本的上限。
膜电极组件由质子交换膜、催化剂和气体扩散层（气体扩散层）组成。
国外膜电极的供应商主要有3M、Johnson Matthey、Gore、Greenerity （Toray）、Kolon、Ballard等。
丰田、本田等乘用车企业自主开发了膜电极，但不对外销售。
国产膜电极性能与国际水平接近，但专业特性上（例如铂载量、启停、冷启动、抗反极等）与国际水平还有一定差距。
批量化生产工艺和装备差距较大，国外已实现Roll-to-Roll的连续化生产。
随着国内市场的快速增长，国内工程化和质量控制的差距有望进一步缩小。
图3膜电极示意图及实物图
国内专业的膜电极供应商主要是武汉理工新能源，其产品大部分出口到美国的PlugPower公司，在国内也有不少车用的应用。
大连新源也自主生产膜电极，主要是自用为上汽的发动机配套。
国内还有昆山桑莱特、南京东焱氢能、武汉喜马拉雅、苏州擎动等企业也开发了膜电极。
表3膜电极生产厂家及产品性能
3质子交换膜
质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心元件，以全氟磺酸膜为主，目前国产化进程提速。
质子交换膜目前主流趋势是全氟磺酸增强型复合膜，质子交换膜逐渐趋于薄型化，由几十微米降低到十几微米，降低质子传递的欧姆极化，以达到更高的性能。
国外企业有美国Gore公司，科慕（以前的杜邦）、3M、日本的旭化成等，国内能够批量化供应只有山东东岳一家，山东东岳的膜已经进入了奔驰的供应链体系。
图4质子交换膜
表4国内外质子交换膜基本参数
4催化剂
催化剂是燃料电池的关键材料之一，目前燃料电池中常用催化剂是Pt/C，即由Pt的纳米颗粒分散到碳粉（如XC-72）载体上的担载型催化剂。
图5Pt/C催化剂
受到资源和成本方面的限制，目前Pt的用量已经由10年前的0.8～1g/kW降低到目前的0.1～0.4g/kW。
降低燃料电池电堆Pt用量的近期目标（2020年）是下降到0.1g/kW左右；长期目标是催化剂用量达到传统内燃机尾气净化器贵金属用量水平（<0.05g/kW）。
燃料电池催化剂的国外生产商主要有英国JohnsonMatthery，德国BASF，日本Tanaka，日本日清纺，比利时Umicore等；国内有贵研铂业，武汉喜马拉雅，中科中创、苏州擎动动力、昆山桑莱特等。
表5催化剂生产厂家及产品性能
5气体扩散层
气休扩散层（GDL）位于流场和膜电极之间，主要作用是为参与反应的气体和产生的水提供传输通道，并支撑膜电极。
因此，GDL必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的导电性、高稳定性。
图6气体扩散层（GDL）
目前燃料电池生产商多采用日本东丽、加拿大Ballard、德国SGL等厂商的碳纸产品。
东丽占据较大的市场份额，我国对碳纸的研发主要集中于中南大学、武汉理工大学等高校，国内江苏天鸟具备优秀的碳纤维织物的生产能力，但由于燃料电池市场太小，尚无量产计划。