燃料电池的工作原理和结构

燃料电池是通过氢和氧在燃料电池电炉内发生化学反应，将化学能转化为电能的装置。与传统内燃机不同，燃料电池的电力来自氢和氧的电化学反应，与燃烧无关，产物是水。因此，燃料电池是零排放、高效率、具有低噪音等优点。

燃料电池组通常是将多个燃料电池单元串联叠加组合而成，而燃料电池单元主要是将两个核心部件的正极板和膜电极串联组合而成。燃料电池的工作原理和电池结构如下：

燃料电池电堆工作原理

燃料电池单元结构：双极板和膜电极

燃料电池组的工作原理

燃料电池单元结构：正极板和薄膜电极

燃料电池双极板的作用和结构特点

双极板的成本占电炉的20%~40%左右。双极板在燃料电池的电堆中主要起到分配反应气体、导热和支撑膜电极的作用，是燃料电池的骨架和基础。

一般来说，正极板由进出口、分流区及分流反应区组成，其中进出口将氢气、氧气/空气和冷却液引入双极板，为电化学反应提供工业物质，通过冷却液调节反应温度，分流区主要为氢气、将氧气/空气和冷却液均匀分配到流场反应区的流道中，保证电化学反应的一致性。提供氧气/空气。带上反应产物，与电子进行反应热传导，对结构的一致性要求很高。一般的正极板结构图如下：

普通燃料电池正极板结构

双极板的性能要求很高，从性能上看，双极板材料是电和热的良导体，具有良好的强度及气体致密性等，要求双极板在燃料电池的强酸性、强电位、高湿热工作环境中稳定运行。

从加工性和经济性的角度来看，双极板易于加工，材料和制造成本低，目前车用燃料电池组一般需要将300-500个双极板叠装在一起。

不同材质的双极板的特点及代表性电炉制造商

金属正极板工艺图

金属双极板产品的生产工艺主要包括冲压阶段、焊接阶段、电镀阶段和密封阶段，主要工艺如下：

具体生产流程如下：

主要生产工艺概述如下：

单极板冲压：通过冲压模具在金属薄板线圈上制造油场、三钢球及辅助结构。

剪裁边：通过裁剪模具来去除剪裁边、孔所需的材料段。

双极板焊接：使用高速激光焊接系统将两个单极板焊接成双极板，该技术主要使用激光焊接焊接部位实现连接。

二极板清洗：用纯水对金属二极板表面进行超声波清洗，去除金属二极板表面的杂质，提高表面清洁度，为沉积镀层做技术准备。

阳极板电镀：在真空电镀系统内，利用磁控溅射方法在阳极板表面制备导电耐蚀涂层。

双极板包装：通过自动包装装置在双极板表面形成预成型的粘合层，放置密封件并定位，利用粘合层实现双极板与密封件的连接。

电阻检测：通过接触电阻检测装置检测正极板的导电性。

气密性检测：密封完成后，使用气密性检测设备对双极板氢室、氧气/空气室及冷却液室进行泄漏检测，检测气密性状态。

配送：外观检查，生成配送报告，完成配送准备。