第2章 电堆的工作原理与指标

随着燃料电池技术的快速发展，氢燃料电池已经在重载交通领域实现了大规模示范应用，并逐步向长续航、大载重的场景过渡，因此对燃料电池功率密度和使用寿命的要求越来越高。氢燃料电池汽车的核心为燃料电池发动机系统，其结构主要包括燃料电池发动机、车载储氢系统、冷却系统等。其中，燃料电池堆是氢能源汽车的心脏，燃料电池堆主要由催化剂、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。据美国能源署数据，燃料电池堆约占燃料电池发动机系统成本的62%。在电堆中，膜电极约占电堆成本的75%，其中催化剂占电堆成本的36%。因此在推进燃料电池商业化的进程中，降低燃料电池堆成本，尤其降低核心膜电极的成本是极其重要一环。此外，以进一步提升燃料电池整体性能与耐久性为目标，追求更高的功率密度、显著增加电堆内水热产量、实现更佳的电堆有效水热管理等一系列研究方向，也是当前学术界和产业界共同关注的热点。