【康沃真空網】燃料電池是什么
作為如今實現氫能應用的核心技術，燃料電池技術已經成為國內外科研團隊的主要課題。那么究竟什么是燃料電池呢？
燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置。它由由兩塊端板組成，在這兩塊端板之間組裝了大約400塊雙極板。導電雙極板將陽極與相鄰電池的陰極連接起來，一側是氧氣氣體通道，另一側是氫氣氣體通道。在雙極板內部有一個冷卻劑通道，含有低傳導性的冷卻劑。
電池工作時，氫分子在陽極一側的鉑金催化劑上被分裂成質子和電子。由于膜電解質層只允許帶正電的氫離子通過，電子必須通過電纜走到陰極，從而產生電荷，用來提供動力和熱量。作為反應的結果，水在陰極由質子、電子和氧氣結合形成。
▲ 燃料電池工作原理圖
燃料電池反應化學方程式：
丨陽極反應：H2(g)=2H+(aq)+2e-
丨陰極反應：2H+(aq)+1/2 O2(g) +2e-=H2O
丨總反應：H2(g)+ 1/2 O2(g)= H2O（放熱）
相比于傳統發電電池系統，燃料電池具有發電效率高（理論發電效率可達到85%~90%），環境污染小（極大減少二氧化碳的排放量），比能量高（液氫燃料電池的比能量是鎳鎘電池的800倍），輻射少，燃料范圍廣（含有氫原子的物質都可作為燃料），可靠性高，噪音小（運行沒有移動部件，更加安靜可靠）等突出優勢，未來其應用領域將會越來越廣闊。
燃料電池與真空檢漏
然而，氫氣屬于易燃氣體，從高壓氫氣罐、氫氣管道和氫氣再循環系統，到產生電能的雙極板和小尺寸的儲能鋰離子電池（用作能量的臨時儲存），燃料電池汽車內部的許多部件必須經過嚴苛的泄漏檢測過程，以確保成品汽車滿足高水平的安全、操作性能和環保要求。這里就需要真空檢漏技術一展身手了。
● 燃料電池系統的泄漏檢測：
▲ 燃料電池電動汽車 (FCEV) 的主要部件
① 通過采用示蹤氣體檢漏、微流檢漏或兩者結合的方式，可以根據個性化需求定制雙極板的氣密性控制；
② 燃料電池堆組裝后，泄漏檢測對于后續生產流程至關重要。可以通過整體微流測試方法或局部示蹤氣體測試，檢查電池堆完整性，包括單個電池機械損傷以及夾緊裝置的均勻力度分布；
③ 儲罐材料和燃料電池中使用的密封件必須經過特性分析和泄漏測試；
④ 氫回路中的許多組件，如噴射閥或循環泵，都要經過泄漏測試。
● 電池堆的泄漏檢測
燃料電池的泄漏會發生在內部或外部的環境中。壓力梯度決定了泄漏的方向（從高壓到低壓）。因此，泄漏的影響分為：①對泄漏產生的通道的影響，②對被外來介質污染的通道的影響。
▲ 燃料電池堆的泄漏情況：每個通道有三種不同的泄漏可能性，一種是向環境泄漏，另兩種是進入其他介質通道
● 燃料電池泄漏的影響：
① 泄漏到環境中，氫氣會積累成爆炸性的混合氣體；
② 冷卻劑的泄漏可能導致電氣短路；
③ 氫氣和氧氣泄漏到冷卻通道中會形成氣泡，過熱并損壞泵體；
④ 冷卻劑進入氫氣或氧氣回路，就形成堵塞，影響工作效率；
⑤ 氫氣和氧氣通道之間泄漏會導致設備失控。
綜上所述，針對不同部件的檢漏，應定義合理的泄漏率，并且選擇正確的測量方向和方法。并非所有檢漏方法都需要真空，例如，微流或氣泡測試測量只需在周圍空氣環境下基于空氣即可。但是，如果需要檢測的泄漏率小于10-5 mbar l/s，則基于空氣的方法確實會遇到局限或困難。
普發真空為燃料電池開發高質量檢漏方案
作為國際先進的真空技術供應商，普發真空從21世紀初就前瞻到氫燃料汽車的市場前景，并與全球知名汽車制造商合作，在氫動力汽車原型上進行了嚴格的氫管道泄漏檢測。
普發真空還致力于氫燃料站的開發，助力氫燃料汽車的快速發展。因此，無論是針對燃料電池發動機的泄漏檢測，還是針對燃料電池系統的泄漏檢測，普發真空都積累了廣泛的經驗。
▲ 適用于燃料電池的泄漏檢測方法概述
根據行業所需，普發真空提供了整套基于示蹤氣體如氦氣、合成氣體或空氣檢漏系統所需的所有組件。例如 HiPace 渦輪泵或通用型 HiLobe 羅茨泵，可構成氦氣或氫氣檢測（ASI 35）或基于空氣（E-PDQ）的高靈活模塊化檢漏儀以及其他真空組件。
