浅谈一下，氢燃料电池里那些不可或缺的材料~

氢气，绝对清洁的新能源，也被看作解决交通领域碳排放问题的终极方案之一。

从国内来看，虽然纯电动车仍然占主流，但氢燃料电池汽车的研发落地，不管从产业还是政策支持上也从未停滞。

在商用车赛道上，

2020年底，潍柴宣布首台国产200吨以上氢燃料-锂电池混合能源矿用卡车自卸车成功下线。2021年，长城控股旗下未势能源科技与大运、东风、福田三家企业合作发布“百辆氢能重卡示范项目”。2020年6月5日，中国第一汽车股份有限公司、东风汽车集团有限公司、广州汽车集团股份有限公司、北京汽车集团有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、丰田汽车公司正式签署合资合同，并宣布成立“联合燃料电池系统研发（北京）有限公司”。丰田中国方面表示，此次合作将研发出具备竞争力且符合中国法规的燃料电池系统。六家公司将通过协商共同规划产品，一条龙式地开展满足中国市场需求的“FC电堆等的组件技术”、“FC系统控制技术”以及“车辆搭载技术”等一系列技术研发工作。由此将大幅缩短从开发到产品化所需时间，加快FCEV在中国商用车市场的普及。该公司将开发出在动力、能耗、耐久性等方面均具备产品力、且成本更低、竞争力更强的燃料电池系统及其主要组件，这也是作为普及FCEV所不可或缺的组成部分。

同时在乘用车赛道，

长城汽车在去年初发布氢能战略，还自研车规级“氢动力系统”全场景解决方案——氢柠技术。同时在去年发布首款氢能C级SUV。除此之外，红旗、吉利、广汽等主流车企，也在最近两年集中推出自己的氢燃料电池汽车。

既然氢燃料电池如此重要，小菱通就来浅谈一下在氢燃料电池里那些不可或缺的材料。

什么是氢燃料电池？

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燃料电池是一种能量转化装置，它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置，因此被称为燃料电池。

对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制。氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。因此反应过程既清洁，又高效。

氢燃料电池汽车示意图（图源网络）

氢燃料电池的工作原理？

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氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂（铂）分解成电子和氢离子（质子）。其中质子通过质子交换膜（Proton Exchange Membrane）到达负极和氧气反应变成水和热量。对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。

氢燃料电池工作原理（图源网络）

氢燃料电池的结构组成？

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电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。

单体电池是由双电极板与膜电极(MEA-催化剂、质子交换膜、GDL)组成。

若干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。

燃料电池电堆图示（图源网络）

其中气体扩散层GDL通常由碳纤维纸或者碳纤维布组成，主要起到传质，导电，传热，支持催化层，导水的作用。是氢燃料单体电池不可或缺的材料之一。

三菱化学碳纤维纸(GDL)：

Pyrofil^™GDL

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三菱化学公司的GDL(Pyrofil^™GDL)是由本公司率先向世界提供的卷状产品，适合批量生产并易于进行后期加工。

GDL（燃料电池用气体扩散层基础材料）将氢气和空气作为燃料提供给电极（催化剂），收集电极上的化学反应所产生的电子，保留电解质膜中的水分并排出产生的水分，是一种具备多种作用的多功能材料。

除了透气性和导电性之外，还需要满足耐酸性和机械强度等多种要求，一般使用碳纸和碳布。

三菱化学公司的GDL(Pyrofil^™GDL)

呈卷状，适合批量生产。
形态为碳纸，表面平滑性优异。
其多孔质结构，增强了水分管理功能。
卷对卷的后期加工性能优异。

燃料电池（PEFC）模式图

氧化还原液流电池模式图

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原文始发于微信公众号（三菱化学汽车相关解决方案）：浅谈一下，氢燃料电池里那些不可或缺的材料~

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