技术
高成绿能“催化剂、膜电极、大功率燃料电池堆”的开发




       近年来,高成绿能基于自有的催化剂和膜电极技术,开发出了75W~7.5kW多款空冷燃料电池堆产品和120kW级液冷燃料电池堆产品,并进行了化学制氢、SPE电解水制氢技术研究,以此为基础开发了多款微型、便携式、固定式和动力用燃料电池系统产品,在产品齐全度、性能、可靠性与成本方面具有显著优势。  

       01  高性能燃料电池催化剂开发
       催化剂的电化学活性很大程度上决定了燃料电池的性能,不同催化剂的ORR活性、循环电位耐久性、高电位耐久性、湿度敏感性都有一定差别,针对应用场景进行催化剂匹配性开发至关重要。
       高成绿能先后开发了Pt黑、Pt/C和Pt合金催化剂制备技术并实现了量产,同时开发了纳米氧化物制备技术。这些催化剂制备技术可以搭配不同的优化载体形成不同的燃料电池催化剂产品系列,可满足空冷、液冷多款膜电极的应用需求。
       以下为针对较高耐久性、较高活性应用场景(如物流、重卡、电站等非乘用车领域)开发的燃料电池用GCCAT-C02系列Pt/C催化剂相关信息,目前该款催化剂已完成工艺定型,并可根据市场要求批量化供货。
      ▲高成绿能GCCAT-C02系列燃料电池催化剂产品信息  *参考美国DOE电催化剂加速测试规范进行 

       02  宽操作区间膜电极技术开发 
       目前,市场上燃料电池系统所配套的空压机、循环泵、增湿器等辅件参数千差万别,很多系统开发商在选型摸索阶段会耗费较多精力,为了让系统零部件选型更加容易,高成绿能基于自产催化剂设计的膜电极有多种系列。
       目前,在高成绿能液冷堆上应用的膜电极GCMEA-B01型定位为在保持较高性能的基础上具备尽量宽广的操作区间和较高的耐久性,具备一定的抗反极能力。该款电极采用厚度为18um的质子交换膜和GCCAT-C02系列催化剂,同时对催化层配方和扩散层进行了优选搭配,保证了电堆在更宽泛的湿度范围内正常运行,降低系统匹配的难度。
       将该款膜电极装配在电堆上,在阴极不同湿度条件下实测极化曲线如下,整体上自增湿与外增湿性能相当,大电流密度条件下自增湿性能还略优于外增湿性能。
      ▲GCMEA-B01型电极在电堆上实测极化曲线    目前,高成绿能已推出了空冷和液冷MEA系列产品,可根据客户要求定制化生产。
      ▲高成绿能MEA产品信息

       03  大功率燃料电池堆开发
       基于对催化剂和膜电极操作区间的理解和大量的测试数据,高成绿能以膜电极能够尽可能的在最佳条件下充分发挥出性能同时保证稳定、可靠性的理念为出发点,综合考虑了流体的均匀分配和水热管理的需求,进行了多款空冷、液冷燃料电池堆的设计。    2019年底完成测试的大功率液冷燃料电池堆GCSTK-CI01-240A基于膜电极GCMEA-B01型膜电极进行开发,配合常规机加工石墨双极板,保持了性能与寿命的平衡,并具备较大性能提升空间。
      ▲高成绿能GCSTK-CI01-240A电堆外观 
      ▲高成绿能GCSTK-CI01-240A堆基础信息    单片极板尺寸为424*167mm=70808m²,电池单体厚度2.52mm。 
      ▲极板尺寸与流体方向    目前,高成绿能的GCSTK-CI01-240A堆阴阳极气体采用逆流操作,冷却液与阴极气体同向流动。
       空气入口低湿度区位于低温侧,可以依靠阳极末端扩散过来的水进行增湿;   空气出口高湿度区域位于高温侧,对应氢气入口低湿度区域,此处水的传递方向为阴极传递到阳极。该设计整体上有利于电极内部水含量的平均分布。该堆还考虑了不同压力条件下操作工况对电堆性能的影响,保证了不同操作压力条件下水热管理的可靠性。
       阴极采用干空气操作,该堆在阴极入口25kPa操作条件下输出功率就能达到77kW,阴极入口80kPa最大功率为100kW,阴极入口150kPa最大功率可达123kW。
      ▲电堆不同操作压力功率曲线    目前,该款电堆已处于小批量生产阶段,下一步将根据应用场景推出高功率版本和不同片数的衍生型号,更好满足市场需求。高成绿能已实现商品化的燃料电池堆有以下5个系列,通过型号与片数的组合基本实现了75W~120kW功率的全覆盖,并可根据客户要求进行定制化燃料电池系统产品开发。
      ▲高成绿能商品化燃料电池堆系列

       高成绿能简介
       浙江高成绿能新能源科技有限公司注册成立于2006年,2009年5月成立燃料电池研发中心,研发累计投入超过3亿元,是中国氢燃料电池技术研究、动力系统研发及产业化的领导者之一,是拥有自主创新核心技术的国家高新技术企业。
       该公司目前是国内燃料电池行业里唯一一家军品供应商,同时也是国内唯一一家百分百独立拥有燃料电池核心技术知识产权的企业。经过10多年的努力,公司承担了多项国家重大科研项目,目前已完成了军民两用氢燃料电池等新能源项目的技术攻坚与生产研发,具备大规模化的研产投能力。

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