市场 • 应用 • 技术
搜索
当前位置:主页 > 新闻资讯 >

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术

时间:  2019-07-31 15:30   来源:  燃料电池干货    作者:  网络转载

[汽车总站网 www.chianautoms.com欢迎你]

目前,以丰田、本田和现代等为代表的燃料电池车企均推出了搭载金属材质双极板电堆的FCV。金属双极板具备良好的导电传热、高机械强度、气密性等材料属性,兼具加工成形简单、成本低等优点。但耐腐处理和高接触电阻是金属双极板需要处理的两大问题。丰田汽车公司全球率先在旗下Mirai燃料电池汽车上使用钛合金材质双极板和低成本碳涂层,解决了腐蚀、成本和导电等一些列问题。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术

对于金属双极板,降低其表面涂层接触电阻提高电导率的常用方法为在双极板表面涂覆诸如金等贵金属。丰田研发中心实验室开发了一种特殊的π共轭无定形碳(Pi-conjugated amorphous carbon, 简写PAC)材料应用于Mirai燃料电池汽车,实现用低成本碳取代金镀层。注意,由史上最全丰田Mirai燃料电池系统零部件供应商清单可知Mirai燃料电池汽车电堆用双极板的钛原材料产自日本神户制钢,极板成形工艺由丰田纺织完成,表面处理由丰田汽车公司完成。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术

π共轭无定形碳(PAC)结构被控制在纳米级以确保良好的导电性。丰田研发实验室采用上述材料实现了3D流场板达到如金镀层一样的低接触电阻。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术
PAC横截面(左)和纳米结构(右)

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术
接触电阻对比

π共轭无定形碳(PAC)涂层通过等离子体化学气相沉积法(plasma chemical vapor deposition)制备。下图为丰田公布的等离子体设备原理图,等离子体在真空中产生,通入碳气(carbon gas)形成一层膜。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术
等离子体化学气相沉降设备原理

等离子体化学气相沉降法属于干式制备流程,干式制备需要昂贵的设备,很难实现低成本。丰田研发中心实验室为了降低成本,基于各种设备和流程开发了一套创新性的生产工艺。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术

例如,传统的大体积腔室内,对多个双极板同时进行处理,现在被逐一生产方法(one-by-one production method)取代。逐一生产方式的优点有如下几点:1.可以使用低成本小型化的通用设备;2.减少制造真空和工种转移过程时间;3.稳定可靠。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术
传统方法(左)和逐一制备方法(右)比较

实现逐一生产的必要条件是通过缩短成膜所需时间来提高生产率。为了缩短该过程,必须产生更强的等离子体以提高反应速度。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术

丰田研发中心实验室使用原位分析技术(例如光学等离子体发射和质谱监测)确定了等离子体的反应状态。在研究现象时重新考虑工艺配方。这样才有可能使等离子体强度最大化并大大减少生产用时。

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术
等离子发射外观:传统方法(a)和新开发的方法(b)

深度解析Mirai燃料电池双极板表面处理技术
等离子发射强度和工艺处理时间的关系

除了降低工艺时间外,丰田研发中心实验室开发的方法还有助于通过精确控制生产状态来解决产品的质量问题,如成形薄膜(formed film)的细度(finess)和粘附性(adhesion)。对于该设备,还开发了独特的偏置(unique bias)、反电极结构(counter electrode structures)以及新气体供给(new gas supply)方法。以上措施均有助于产生均匀稳定的高强度等离子体。

减少工艺时间的努力和逐一生成方式的采用使得一次工艺生产时间约为传统大体积腔室所需处理时间的100分之一。
 

[汽车总站网 www.chianautoms.com欢迎你]


商用汽车总站网

  • www.chinaautoms.com/由北京茂胜文化传媒有限公司版权所有@2019

    京ICP备18056018号-1

    合作QQ: 305140880

    地址:北京市朝阳区清河营国际城乐想汇3号楼1612室