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双极板:用于PEM燃料电池的碳或金属?(图)

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2019年5月30日。
本文由彼得·巴赫

双极板(BPP)是质子交换膜(PEM)燃料电池的关键部件。这些板可用碳(非金属)和金属材料。

然而,随着燃料电池市场规模的扩大,在短期和长期使用哪种材料最好,以及每种材料是否更适合某些应用,业内存在争议。

Ballard在碳和金属BPP材料方面有着丰富的经验,在过去的35年里开发了燃料电池。

我们在内部加速测试方面处于市场领先地位,并将燃料电池应用到几个主要的乘用车、公共汽车和卡车项目中,以便通过现场数据验证测试协议。我们有技术性能的数据,最近也有第三方专家进行成本研究,以确定用于bpp的最具成本效益的材料。

在这篇文章中,我们分享了我们的结论,为什么碳bpp是基于耐久性、功率密度和高批量制造成本的优越解决方案。

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PEM燃料电池双极极板材料的优化选择

bpp的功能在PEM燃料电池中是必不可少的,因为它们用电连接每个电池并提供必要的反应物气体。它们也从细胞中去除反应的副产品。

金属板通常被认为是长期成本目标的更好选择。这在很大程度上是由于人们错误地认为碳板只适合小批量生产,因为大规模生产成本更高

但是金属板有一些明显的缺点,这可能会影响成本、耐用性和性能。

让我们看看金属和碳双极板之间的一些关键区别。

使用金属双极板有哪些挑战?

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腐蚀的倾向

由于金属bpp在酸性环境中具有固有的反应倾向,因此极容易被腐蚀。为了防止这种腐蚀,并延长它们的使用寿命,它们需要添加昂贵的保护涂层。这一额外的加工步骤增加了金属板的成本,并在需要10000小时寿命的应用中留下了长期的腐蚀风险。

更高的总体成本

除了特殊保护涂层的成本外,金属板本身的材料本身就更贵。此外,与碳板相比,制造加工成本更高。

短时间的

金属板已优化的汽车应用,预期寿命为5000小时。在重型作业中运行的燃料电池汽车,如公共汽车和卡车,需要使用寿命超过20,000小时的bpp。金属板还没有在现实环境中证明这种性能,而碳板已经证明了。

碳双极板的主要好处是什么?

在下面的信息图中,我们说明了在PEM燃料电池中使用碳bpp的一些主要好处。

(点击图扩大)。

manbetx体育在线登录平台巴拉德电力系统碳双极板信息图

这是一个近距离的观察成本,耐用性,和功率密度的碳双极板的好处

碳板的前期和长期成本较低

碳bpp的成本比金属板低得多。它们现在是一种成本较低的产品,而且通过改进生产,它们为未来提供了一条降低成本的途径。

事实上,巴拉德最近完成了一项成本制造研究战略分析公司把金属比作碳板。研究结果证实,碳板是所有制造量的成本较低的选择。

根据该研究,当使用碳板进行大批量生产时,oem可以为耐久性是关键因素的中型汽车燃料电池节省5美元/千瓦,但也可以为乘用车燃料电池堆节省3美元/千瓦

此外,巴拉德的碳板寿命超过最初的燃料电池堆。

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一旦催化剂堆达到使用寿命,巴拉德就可以将膜电极组件(MEA)从堆中取出并回收催化剂。

然后,我们可以使用原始的碳板和硬件,将堆栈返回到现场服务的原始产品规格。金属板不能重复使用。

这比购买一个全新的堆栈要便宜得多。由于双极板目前占整个堆叠成本的20-30%,节省的成本是显著的。巴拉德公司已经成功地回收了数以百万计的碳BPP。

要了解更多关于翻新PEM燃料电池,请阅读:燃料电池的好处:翻新导致零浪费

碳板有更高的耐久性

使用碳板的燃料电池堆已经在一系列应用中证明了它们的寿命和耐久性。如今,金属板仅局限于寿命较短(5000小时)的汽车应用。在燃料电池公交车上使用的碳板已经达到了超过3万小时的工作时间发放免费的。

此外,数千个使用碳板的Ballard燃料电池堆已在物料搬运车辆上运行超过10,000小时。

碳板灵活设计,性能更好

一个关键的设计杠杆,让设计师创造高功率密度堆叠是板的可成形性。金属材料在成形性上有限制,无论在一面上印什么,都会在另一面上反映出来。

相比之下,使用碳bpp,设计师在设计上有更大的灵活性和更大的自由度来创造真正的3d设计。这些导致了燃料电池堆更长的寿命,更高的性能,更低的重量和优越的冷冻启动能力。

碳板允许高功率密度堆叠

高质量的薄碳板的大批量生产是众所周知的,与金属板生产相比,碳板具有关键的优势,因为不需要涂层和焊接过程。

巴拉德设计的碳板堆功率密度为4kW/L,可与金属板解决方案相媲美。

巴拉德碳双极板解

根据应用需求,Ballard可以优化板的属性和过程,以满足成本和功率密度的目标。典型的高功率密度bpp稍微贵一些,但仍然比同等功率密度的金属板版本便宜。

结论

Ballard拥有开发轻型和重型金属和非金属板的能力和专业知识。我们的研究和现场数据清楚地表明,碳双极板是更好的解决方案。这对于中型和重型车辆尤其如此,因为它们需要耐用性来满足关键的生命周期成本目标。

碳板技术提供了所有板产品中最高的耐久性。它可以以低成本大批量生产。它的成本非常具有竞争力,大约是金属板解决方案的一半,而且它具有高功率密度的设计能力。

碳双极板是那些想要更好的性能,更低的成本和更长的产品寿命的oem的最佳选择。


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PEM燃料电池双极板材料

与金属相比,碳双极板具有更高的成本和耐久性。下载我们的技术说明以获取主要优点的摘要。

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