固體氧化物燃料電池(SOFC)電堆與 PEMFC 電堆差異明顯,工作溫度高達 600-1000℃,無需貴金屬催化劑,可直接利用天然氣、生物質氣等多種燃料,燃料適應性強。SOFC 電堆的電解質為固體氧化物,具有全固態結構,無電解液泄漏風險,安全性高。由于工作溫度高,其能量轉換效率可達 60% 以上,且可通過余熱回收實現熱電聯產,綜合效率超過 80%。但高工作溫度也帶來了材料耐高溫要求高、啟動時間長(通常需數小時)、熱循環穩定性差等問題,目前主要應用于分布式發電、固定電站等靜態場景。?燃料電池電堆的壽命主要受膜電極衰減速度影響。中國香港能源電站燃料電池電堆設計

燃料電池電堆的表面處理技術可提升其性能和耐久性,雙極板表面通常需進行導電涂層處理,以降低接觸電阻并提高耐腐蝕性,常用的涂層材料包括金、銀、鉑、鈦 nitride 等;膜電極的催化劑層表面需進行疏水處理,以促進排水;電堆外殼表面需進行防腐處理,以適應不同的使用環境。表面處理技術包括物理汽相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電鍍、噴涂等,其中 PVD 技術由于涂層均勻、附著力強,很多應用于雙極板涂層處理;噴涂技術則常用于外殼防腐處理。?北京電流密度燃料電池電堆燃料電池電堆需搭配空壓機提供反應所需的氧氣;

燃料電池電堆的熱管理系統通常采用液冷方式,通過冷卻液在電堆內部流道中的循環流動帶走反應產生的熱量,維持電堆溫度穩定。冷卻液需具備良好的導熱性、絕緣性和化學穩定性,常用的冷卻液為去離子水與乙二醇的混合液(防凍型)或純去離子水(常溫型)。熱管理系統由水泵、散熱器、節溫器、膨脹水箱等部件組成,水泵提供冷卻液循環動力,散熱器將熱量散發到空氣中,節溫器控制冷卻液流量以調節溫度。對于大功率電堆,還可采用雙循環熱管理系統,分別控制電堆不同區域的溫度,實現更準確的溫度調節。?
燃料電池電堆的密封技術主要分為靜態密封和動態密封,靜態密封用于電堆內部單電池之間及電堆與外部管路的連接部位,動態密封則用于存在相對運動的部位(如電堆與車載動力系統的連接)。靜態密封多采用橡膠密封圈、密封膠等材料,通過壓縮變形實現密封;動態密封則需采用柔性密封結構,如波紋管密封、唇形密封等,以適應相對運動并保持密封性能。密封失效是電堆常見故障之一,會導致氫氣、氧氣泄漏,不降低電堆效率,還存在安全風險,因此密封技術的優化是電堆研發的重要方向。?未來燃料電池電堆會向更高效率、更低成本邁進嗎?

燃料電池電堆的測試技術是保障其性能和可靠性的重要支撐,測試內容包括電性能測試、耐久性測試、環境適應性測試及安全測試等。電性能測試主要檢測電堆的伏安特性曲線、功率輸出、效率等參數,評估其發電能力;耐久性測試通過長時間連續運行或加速老化試驗,預測電堆的使用壽命;環境適應性測試模擬低溫、高溫、高濕度、振動等極端環境,驗證電堆的環境適應能力;安全測試則通過氣體泄漏測試、短路測試、過載測試等,評估電堆的安全性能。目前已形成完善的電堆測試標準體系,為電堆研發和生產提供了技術保障。?燃料電池電堆的密封性能直接影響其運行安全性!中國香港能源電站燃料電池電堆設計
燃料電池電堆的組裝過程對清潔度要求極高;中國香港能源電站燃料電池電堆設計
國產化燃料電池電堆近年來取得了明顯進展,在功率密度、壽命、成本等關鍵指標上逐步縮小與國際先進水平的差距。國內主流企業已能批量生產功率密度 3kW/L 以上、壽命 4000 小時以上的車用燃料電池電堆,部分企業推出的新一代產品功率密度可達 4.5kW/L,壽命突破 5000 小時。在材料方面,國產質子交換膜、催化劑、雙極板的性能已基本滿足商用需求,國產化率超過 60%。政策層面,國家及地方通過補貼、示范項目等方式支持燃料電池電堆產業發展,推動了技術迭代和成本下降,國內電堆產業正從導入期向成長期邁進。?中國香港能源電站燃料電池電堆設計
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