豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO單電池對(duì)標(biāo)

發(fā)布時(shí)間：

2022-06-02

日本豐田和韓國(guó)現(xiàn)代代表了全球燃料電池發(fā)展的兩條技術(shù)路線，尤其體現(xiàn)在電池結(jié)構(gòu)、制造工藝和系統(tǒng)架構(gòu)等方面。本文對(duì)標(biāo)了豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO的電池結(jié)構(gòu)。

　　日本豐田和韓國(guó)現(xiàn)代代表了全球燃料電池發(fā)展的兩條技術(shù)路線，尤其體現(xiàn)在電池結(jié)構(gòu)、制造工藝和系統(tǒng)架構(gòu)等方面。本文對(duì)標(biāo)了豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO的電池結(jié)構(gòu)。

　　

豐田Mirai單電池結(jié)構(gòu)

 

　　豐田Mirai單電池結(jié)構(gòu)

　　在電池結(jié)構(gòu)上，豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO差別較突出。前者采用一體化封裝單電池方案，電堆發(fā)電體由330片相同的發(fā)電單電池經(jīng)重復(fù)堆疊形成，但單電池由第一代的EPDM硫化粘接過渡為UV光固化密封和熱熔粘接方案，如上圖所示。與豐田不同，現(xiàn)代NEXO燃料電池堆發(fā)電體在裝配中采用雙極板和膜電極交替層疊方案。其中雙極板組件由陰極多孔網(wǎng)狀流場(chǎng)、陰極隔板和陽極板三部分組成，多孔網(wǎng)狀流場(chǎng)通過其外圍邊緣的四個(gè)點(diǎn)與陰極隔板焊接連接，陰極隔板通過在邊緣位置的六個(gè)焊接點(diǎn)與陽極板固定連接，陰陽極板間冷卻劑腔通過一體注塑在陰極隔板上的膠線實(shí)現(xiàn)壓縮接觸密封，如下圖所示。

　　

現(xiàn)代NEXO雙極板結(jié)構(gòu)示意

 

　　現(xiàn)代NEXO雙極板結(jié)構(gòu)示意

　　豐田第二代Mirai電堆發(fā)電單體數(shù)量為330節(jié)，官方數(shù)據(jù)顯示峰值輸出功率128 kW。其單電池外廓長(zhǎng)寬為425 mm×150 mm，反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)寬為260 mm×105 mm，面積利用率約為43%，面積比功率約為1.42 W/cm2。現(xiàn)代NEXO電堆發(fā)電單體數(shù)量為436節(jié)，官方數(shù)據(jù)顯示峰值輸出功率95 kW。其雙極板外廓長(zhǎng)寬為413 mm×118 mm，反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)寬為278 mm×100 mm，面積利用率約為58%，面積比功率約為0.78 W/cm2。

　　

豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO電池尺寸對(duì)比

 

　　豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO電池尺寸對(duì)比

　　

豐田第二代Mirai單電池實(shí)物

 

　　豐田第二代Mirai單電池實(shí)物

　　

現(xiàn)代NEXO電池實(shí)物

 

　　現(xiàn)代NEXO電池實(shí)物

　　在電堆結(jié)構(gòu)上，豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO差異明顯，如下圖所示。現(xiàn)代NEXO的發(fā)電單元采用拉帶緊固，為雙層結(jié)構(gòu)，每層各218節(jié)電池單體。新型Mirai采用封裝箱緊固，為單層結(jié)構(gòu)，由330節(jié)發(fā)電單體串聯(lián)。為改善電芯的端部效應(yīng)，現(xiàn)代NEXO在上下層電芯端部分別添加端部加熱器(End cell heater)。與第一代相近，新型Mirai仍在電堆兩側(cè)增加偽電池(不發(fā)電)。

　　

豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO電堆結(jié)構(gòu)示意

 

　　豐田第二代Mirai和現(xiàn)代NEXO電堆結(jié)構(gòu)示意

　　現(xiàn)代NEXO和豐田新型Mirai采用相似的逆流進(jìn)氣方式和進(jìn)排氣口兩端布置形式，即陽極側(cè)氫氣和陰極側(cè)空氣在反應(yīng)區(qū)主要以水平相反的方向流動(dòng)。其中，現(xiàn)代NEXO陽極板流場(chǎng)為標(biāo)準(zhǔn)的水平直流道，陰極板采用增強(qiáng)氣體傳質(zhì)設(shè)計(jì)的3D多孔網(wǎng)裝流場(chǎng)，陰陽極板都具有單獨(dú)的流場(chǎng)分配區(qū)(僅導(dǎo)氣)。豐田第二代Mirai陽極流場(chǎng)為水平波紋形流場(chǎng)，陰極板采用具有收縮截面特征的水平直流道，陰陽極板流場(chǎng)分配區(qū)的部分區(qū)域兼具發(fā)電功能。針對(duì)耐久性能，現(xiàn)代NEXO采用改性不銹鋼基材成形后無表面處理技術(shù)，豐田新型Mirai采用預(yù)涂層基材技術(shù)。