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行業知識
PEMFC系統技術指標概述
時間:2019-10-16   訪問量:223  【打印此頁】  【關閉

燃料電池系統技術指標主要分為燃料電池系統的成本、耐久性、冷啟動性能和效率。1)系統成本    影響PEMFC商業化的一個主要因素是成本。2006年美國Argonne實驗室所介紹的燃料電池系統的成本比例如圖所示。該燃料電池系統功率為80 kW,它的堆成本為67$/kW,系統成本為108$/kW。這是一個理想估計,只是單純考慮材料成本,不包括制造過程中的損失、研發成本等。根據Argonne的成本計算方式,目前燃料電池堆的成本為67~70$/kW,系統成本為108~110$/kW。當前燃料電池堆的售價范圍為722-1446$/kW,燃料電池系統的為1446-2892$/kW。需要指出的是,成本并不等于價格。從圖中可見,燃料電池堆成本占燃料電池系統成本的62%,其中電極的成本約為堆成本的77%。電極的成本主要取決于Pt的用量。因此,減少Pt的擔載量可以大大減少系統成本。

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燃料電池系統成本分配比例2)耐久性(運行壽命)    系統耐久性概念是描述燃料電池系統開始投入運行后能正常工作多長時間 。燃料電池系統的測試條件和性能的影響因素(例如機械退化和各部件間相互影響等)非常復雜,所以系統耐久性很難定量描述。由于燃料電池系統中BOP的運行壽命目前已經超過5000小時,達到了汽車應用中的基本要求。因此,將堆的運行壽命用來間接描述PEMFC系統的耐久性是目前較為流行的一種權宜方法。另外,通過對如催化層、PEM、GDL和雙極板的實驗研究及性能診斷,可以做出一個用于研究燃料電池機械退化的時間函數。 3)冷啟動    冷啟動要求車輛在冰點以下的環境中,停機后可以在一定時間內重新啟動。特別在低溫(-40℃)環境下,冷啟動是FCV商業化的技術瓶頸之一。在低溫環境下,堆內會產生阻止電化學反應的冰。 在冰點溫度下,堆的啟動問題已經有理論和實驗的研究。在2007年日本東京FC Expo會議報告上指出,Honda和Toyota的燃料電池發動機能在-30℃啟動,GM和Daimler燃料電池發動機可以在-25℃啟動。而對汽車冷啟動的目標要求是在-40℃也可以啟動。通過以下技術措施,有可能進一步改善燃料電池發動機冷啟動性能:1)增加陰極氣體通道內的氣體流速,因為這可以減少通道內水蒸氣的積聚,從而減少陰極催化劑層結冰量;2)使用干燥度大的膜,它可以吸收更多水,減少冰的形成,從而改善冷啟動過程;3)降低燃料電池的工作電流密度或者提高電池的電壓,可以減少水的生成,從而改善冷啟動過程。實際中為了實現在冰點下的快速啟動,工作電流和電壓必須達到最優值,才能在期望的啟動時間內產生最多的余熱;4)增加啟動時電池的溫度可以大大減少冰的形成,但卻會延長冷啟動過程。因此,在質子交換膜燃料電池冷啟動過程中,可以使用各種不同的內、外部加熱法來改善冷啟動性能。 4)燃料電池系統效率   燃料電池系統的效率定義:

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其中Pnet、Pgross分別代表凈輸出功率和總功率,F、Ncell和LHVh2分別代表法拉第常量、單電池數量和氫氣低熱值。由定義可知,燃料電池系統效率主要受輔助系統消耗電流(Iaux)與總電流(Igross)的比值α、過量氫氣系數λH2和平均單池電壓Vcell的影響。降低值α、減少過量氫氣系數λH2和提高平均單池電壓Vcell有助于提高燃料電池系統效率。 

 

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