【专利解密】上汽集团微阵列结构金属板极技术构建高效能燃料电p3g

【嘉勤点评】上汽集团发明的燃料电池系统技术方案,巧妙地在金属表面上设置凸出或凹陷的微阵列结构,通过极板表面的微米级结构增大了与气体扩散层表面微观结构的有效接触面积,有效提高燃料电池的输出电压。

集微网消息,5月24日,上汽集团在投资者互动平台表示,上汽自研的燃料电池系统技术性能已可比肩全球领先水平。相关技术已率先实现产品化落地,公司新一代燃料电池电堆产品PROME M3的一级零部件已全部实现国产化,并已搭载到上汽大通EUNIQ7上实现批量上市。

燃料电池已经开始在汽车、无人机、便携式移动电源和固定电源等领域中应用,其中,质子交换膜燃料电池是一种环境友好型的新能源装置,通过氧化还原反应将化学能转化为电能,反应产物只有水,具有高效、环保、运行温度低等优点。而这其中的关键部件之一则是极板,金属极板由于其制造成本低并且具有良好的导热性和导电性被广泛采用。

为了提高燃料电池的输出电压,应尽量降低电池的内阻,主要包括电池内各种材料的本体电阻以及界面间接触电阻。对于平面接触的两个导体,在理想情况下,希望接触面对电流传导的阻碍为零。

然而营业利润实际上,从微观结构来看,导体表面并非绝对平整、光滑,这就使得导体的接触面积大幅度减小,而有些接触到的部分也可能并未导通,进而导致接触界面上的电阻带来的影响不可忽略。甚至导体间的接触形式、接触压力、表面粗糙度等因素,都会影响导体之间的接触电阻大小。

为此,上汽集团在2020年4月24日申请了一项名为“一种带有表面微结构的燃料电池金属极板及其制造方法”的发明专利(申请号:202010334974.9),申请人为上海汽车集团股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料,让我们一起来看看这项燃料电池中金属板极的制造技术吧。

如上图,为该专利中发明的具有微阵列结构的燃料电池金属极板的主视图,双极板的阴、阳两极被分成气体入口区1、流道区2和气体出口区3。

对于阳极板,气体入口区相对干燥,为了保证膜电极能够良好工作,应保持金属极板具有一定的亲水性,因此该专利中采用密度相对稀疏的微阵列结构a101,如上图所示,这是一种立方体状凸起,凸起高度为5~30m,深宽比为0 .5~4:1,入口处相邻两个凸出的间距为50m。

如上图所示,为这种具有微阵列结构的燃料电池金属极板的流道区域微阵列示意图。在这种结构的基础上,沿流道从气体入口区至气体出口区,整列密度逐渐增大,由于反应生成的水使得整个电池的湿润程度增大,因此阵列密度随之增大,此时极板表面的疏水性提高,利于避免电池内湿度太大降低电池的运行效率。

对于阴极板而言,反应生成的水易聚集在流道内,影响气体传输,因此,在该专利中,采用了阵列密度较大的微结构,来提升阴极极板整个表面的疏水性,以促进生成水的排出、调节水管理,从而保证了燃料电池稳定运行。

同时,设置于两侧极板表面的微结构,都可以有效地降低金属极板与气体扩散层之间的接触电阻,提高燃料电池的输出电压。

以上就是上汽集团发明的燃料电池系统技术方案,该方案巧妙地在金属表面上设置凸出或凹陷的微阵列结构,大大增加了金属极板与气体扩散层间的有效接触面积,从而降低了二者间的接触电阻。同时,通过极板表面的微米级结构增大了与气体扩散层表面微观结构的有效接触面积,不仅降低了界面间的接触电阻,也提高燃料电池的输出电压。

(校对/holly)

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