帝斯曼：提升氫燃料汽車輸出效率及系統(tǒng)可靠性的材料方案
?
一直以來(lái)，技術(shù)的日新月異不斷的在改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞剑缃衿囆袠I(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)根本性的變革，尤其是在汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)化以及汽車的智能化和互聯(lián)互通化。權(quán)威的市場(chǎng)分析顯示，到2025年，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)化的車型將占有35%的市場(chǎng)。往往，每當(dāng)人們談?wù)撈囯妱?dòng)化，大家首先聯(lián)想到的是由高壓鋰離子電池及電機(jī)作為能量源驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車和具有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)及高壓鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的混動(dòng)汽車；汽車工業(yè)開(kāi)發(fā)電動(dòng)車的重要目的之一是，使人們使用汽車的出行方式更加環(huán)保，但是，高壓鋰離子驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車是否是最佳的環(huán)保解決方式？也許不盡然；作為備選方案，汽車的動(dòng)力來(lái)源，完全可以使用燃料電池來(lái)替換；與純電動(dòng)汽車相比，燃料電池電動(dòng)車具備一下技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)：
- 可以與傳統(tǒng)燃油車相媲美的燃料加注時(shí)間（5 分鐘內(nèi)可完成）；
- 可以與傳統(tǒng)燃油車相媲美的行駛里程，相對(duì)與純電動(dòng)汽車龐大的電池包，其整體質(zhì)量更輕：
- 絕對(duì)意義上的零排放，并且使用能源為非化石能源；
基于以上的原因，幾乎所有的主流汽車廠商及零部件供應(yīng)商都已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)大的技術(shù)投入及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃；目前不管商用車還是乘用車，都已經(jīng)有商業(yè)化的案例，如Nicola truck, Toyota Mirai, Honda Clarity以及中國(guó)國(guó)內(nèi)的一些乘用大巴；在各種不同的燃料電池技術(shù)路線中，聚合物質(zhì)子交換性燃料電池尤其受到青睞，原因是其合適的工作溫度（大部分的時(shí)間內(nèi)，都工作于 70 到100度），以及其較短的冷啟動(dòng)時(shí)間，并且可以完全使用車載氫氣與空氣中的氧氣作為氧化劑反應(yīng)，產(chǎn)生電能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車；燃料電池的最核心部件之一即是燃料電池電堆，電堆可以看作是一個(gè)電化學(xué)裝置，其將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為水，熱以及電能；
電堆作為整個(gè)燃料電池車的心臟，是由數(shù)百個(gè)獨(dú)立的燃料電池單元以及各種由金屬及熱塑性工程塑料制成的零部件組成。一個(gè)獨(dú)立燃料電池單元，如圖一，其結(jié)構(gòu)類似于三明治，由雙極板，氣體擴(kuò)散層，涂敷了鉑催化劑的質(zhì)子交換膜。在其工作時(shí)，在陽(yáng)極（負(fù)極）催化劑氧化氫氣原子，使其變?yōu)闅滟|(zhì)子及電子，氫質(zhì)子可以有選擇的通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極（正極）與氧氣反應(yīng)，生成水；而電子則從外部電路傳遞出來(lái)，形成電流。其反應(yīng)的基本機(jī)理要求，雜質(zhì)和從燃料電池構(gòu)成組件中析出的離子含量都要很低甚至是完全避免，因?yàn)殡s質(zhì)和各種離子的析出會(huì)使催化劑"中毒"，并且有可能阻塞質(zhì)子交換膜，這會(huì)極大降低的燃料電池的功率輸出以及燃料電池壽命，其中，尤其要避免硫/硫酸根等離子。與此同時(shí)，燃料電池系統(tǒng)的工況是相對(duì)比較惡劣的，其在一個(gè)幾乎100%濕度，中弱酸（PH 3到5）并且溫度大部分時(shí)間位于70到100攝氏度（短時(shí)最高可達(dá)120攝氏度）的環(huán)境下工作。所以，為了保證燃料電池系統(tǒng)能最大的輸出效率以及最長(zhǎng)的使用壽命，用于燃料電池系統(tǒng)的工程塑料必須具有極低的離子析出率，極佳的抗水解老化以及抗化學(xué)腐蝕能力。
圖一，燃料電池單電芯示意圖
帝斯曼的燃料電池專家以及科學(xué)家們，針對(duì)可能影響燃料電池效率和使用壽命的因素，做出了非常細(xì)致深入的研究。在很多可能的工程塑料選擇中，由于PPS（聚苯硫醚）的低離子析出性，優(yōu)異的抗水解和抗化學(xué)腐蝕能力，使其與燃料電池的工況要求鍥合度最好；DSM的專家們，通過(guò)深入的機(jī)理研究，針對(duì)性的開(kāi)發(fā)了專門用于燃料電池系統(tǒng)的PPS工程塑料-Xytron PPS G4080HR，使其各項(xiàng)性能達(dá)到了一個(gè)全新的高度！這些性能包括：
- 行業(yè)內(nèi)最低的材料離子析出，甚至在120度的工況下！
- 在所有工程塑料中，經(jīng)過(guò)水解老化和化學(xué)試劑老化后，DSM開(kāi)發(fā)的PPS 工程塑料保持了最高的機(jī)械強(qiáng)度和最低的離子析出率；其機(jī)械強(qiáng)度保持率及離子析出率遠(yuǎn)優(yōu)于目前所知的其他PPS 和PPA競(jìng)品；
- 行業(yè)內(nèi)競(jìng)品中最佳的尺寸穩(wěn)定性，耐疲勞性，耐蠕變性，甚至在長(zhǎng)時(shí)間的老化測(cè)試后，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也同樣明顯；
- 最佳的熔接線強(qiáng)度，最大程度上保證了其長(zhǎng)期使用安全性；
另外，帝斯曼還在與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者合作，以期進(jìn)一步的提升燃料電池的能量密度；例如，帝斯曼針對(duì)燃料電池汽車的儲(chǔ)氫罐，專門開(kāi)發(fā)了以聚酰胺（PA6）吹塑作為內(nèi)膽，連續(xù)碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料纏繞于外的四型瓶（Type IV）；該儲(chǔ)氫罐（IV 型瓶）具有極低的氫氣滲透率，并能達(dá)到苛刻的儲(chǔ)氫壓力要求（70Mpa），在滿足減重的同時(shí)，最大程度的保證了安全性；
艾邦氫能產(chǎn)業(yè)鏈通訊錄，目前有2200人加入，如億華通、清極能源、氫藍(lán)時(shí)代、雄韜、氫牛、氫璞、愛(ài)德曼、氫晨、喜馬拉雅、明天氫能、康明斯、新源動(dòng)力、巴拉德、現(xiàn)代汽車、神力科技、中船712等等，可以按照標(biāo)簽篩選，請(qǐng)點(diǎn)擊下方關(guān)鍵詞試試