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豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密

2021-04-09 13:42:25·  來源:燃料電池百科  作者:鯉琨  
 
2020年底豐田Mirai二代發(fā)布,其電堆功率密度達(dá)到了5.4kW/L,比Mirai一代高出1.5倍。那么豐田Mirai二代在提高電堆功率密度的同時如何做到成本的降低與批量生產(chǎn)呢
2020年底豐田Mirai二代發(fā)布,其電堆功率密度達(dá)到了5.4kW/L,比Mirai一代高出1.5倍。那么豐田Mirai二代在提高電堆功率密度的同時如何做到成本的降低與批量生產(chǎn)呢?今天小編就和大家一起來學(xué)習(xí)一下。

豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密

總的來說豐田Mirai二代是通過降低鉑載量實現(xiàn)電堆的降本,再通過優(yōu)化雙極板密封和優(yōu)化雙極板加工工藝提高生產(chǎn)速度以實現(xiàn)電堆的量產(chǎn)。

 •  降低鉑載量

由于最大電流密度和燃料電池反應(yīng)區(qū)在雙極板總面積占比的提高,使燃料電池電堆體積縮小了20%。另外,由于電堆中單池的數(shù)量從370片降低到330片、更薄的質(zhì)子交換膜和雙極板、降低鉑載量,最終使電堆的成本較Mirai一代降低了3/4。特別看到的,Mirai二代電堆單位功率鉑載量較Mirai一代降低了58%。

豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密1
 •  優(yōu)化雙極板密封工藝

為了滿足量產(chǎn)需要,豐田為Mirai二代開發(fā)了高速燃料電池密封技術(shù),如下圖所示。密封過程從EPDM硫化附著演變成了熱塑附著和UV固化。目前的工藝較之前的工藝速度快100倍。

豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密2

膠面(Glue sheet)用來做熱塑附著,它主要有三塊構(gòu)成,即聚萘二甲酸乙二酯(PEN)和PEN兩面的熱附著層。通過下圖的工藝優(yōu)化了它的彈性(stretching)和熱定形(heat setting)流程,進而減少燃料電池組裝過程中產(chǎn)生的形變。

豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密3

 •  優(yōu)化雙極板加工工藝

Mirai二代的Ti雙極板表面通過納米復(fù)合材料(NC)處理方法處理,基本流程如下圖所示。

豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密4

之前Mirai一代則采用π共軛非晶碳(PAC)處理Ti表面,基本流程如下圖所示。目前的處理方法屬于等離子體CVD過程,如下圖,即通過真空環(huán)境下產(chǎn)生的等離子體進行處理。由于Mirai二代采用的NC處理方法屬于角色對角色(role-to-role)連續(xù)加工的過程,因此需要的加工時間會比Mirai一代更短。

豐田Mirai二代電堆的降本與量產(chǎn)解密5

Mirai二代電堆雙極板在NC表面處理后,在雙極板表面會形成由碳和TiOx復(fù)合而成的NC層,它具有很好的導(dǎo)電性和抗腐蝕性。在NC表面處理過程中,NC和Ti金屬完美接觸,然后就可以進行后續(xù)的雙極板沖壓過程了。 
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