在氫能裝備中，八頸技術(shù)被認(rèn)為是制約整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。它們是催化劑、擴(kuò)散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板、氫燃料電池中的電堆，以及登板后系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)和氫循環(huán)泵。

1. 燃料電池堆

燃料電池堆是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的核心，由多個(gè)單電池串聯(lián)堆疊而成。所述雙極板與膜電極交替重疊，所述密封件嵌于各單體之間。前后板受壓后，用螺絲固定，形成燃料電池堆。

2. 膜電極

膜電極作為燃料電池電池組的“心臟”，在很大程度上決定了電池組的性能水平。其結(jié)構(gòu)由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層三個(gè)基本組成部分組成。它是多重材料傳遞和電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，決定了堆垛性能、壽命和成本的上限。高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的膜電極對(duì)于加快氫燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。目前，膜電極約占堆成本的60-70%，其成本主要由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層組成。

3.質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜(PEM)是一種由離子聚合物制成的半透膜，用于質(zhì)子傳導(dǎo)和隔離氧或氫。它可以轉(zhuǎn)移質(zhì)子，但隔離電子，可以傳導(dǎo)氫離子，隔離燃料和氧化劑，并阻擋電子。因此，PEM決定了燃料電池的性能、穩(wěn)定性和耐用性。它需要具備以下六個(gè)基本性能:質(zhì)子導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、滲透性、吸水性、水電滲透性和機(jī)械強(qiáng)度。

4. 雙板

燃料電池雙極板的作用是傳導(dǎo)電子，分配反應(yīng)氣體，帶走生成的水。作為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的重要組成部分，雙極板約占電池堆質(zhì)量的80%，成本的38%，幾乎占了電池堆的全部體積。因此，其材料的選擇與PEMFC的電化學(xué)性能密切相關(guān)，主要集中在石墨、金屬和聚合物復(fù)合材料上。

5. 催化劑

催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，包括陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑。陽(yáng)極催化劑的催化反應(yīng)為H氧化反應(yīng)，陰極催化劑的催化反應(yīng)為O還原反應(yīng)。H的氧化反應(yīng)為二電子反應(yīng)，O的還原反應(yīng)為四電子反應(yīng)。電子轉(zhuǎn)移步驟多、復(fù)雜，限制了整個(gè)反應(yīng)速率。好的催化劑應(yīng)具有良好的催化活性、高質(zhì)子導(dǎo)電性、高電子導(dǎo)電性、良好的水管理能力和氣體擴(kuò)散能力。

6. 氣體擴(kuò)散層/復(fù)寫紙

氣體擴(kuò)散層位于流場(chǎng)和催化劑層之間。它是支撐催化劑層和收集電流的重要結(jié)構(gòu)。它還為電極反應(yīng)提供了多種通道，如氣體、質(zhì)子、電子和水。這對(duì)燃料電池的耐久性和可靠性具有重要意義。

7. 空氣壓縮機(jī)

燃料電池工作系統(tǒng)的運(yùn)行離不開空壓機(jī)提供的壓縮空氣?？諌簷C(jī)的性能直接影響整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的壓縮比、效率、噪聲等重要性能指標(biāo)。

8. 氫循環(huán)泵

氫循環(huán)泵主要功能:

1. 將燃料電池電池組出口未反應(yīng)的氫氣回收至燃料電池電池組進(jìn)口，提高氫氣的利用率和安全性;

2. 燃料電池電池組內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水循環(huán)到氫氣進(jìn)口，起到加濕進(jìn)口空氣的作用，提高燃料電池電池組內(nèi)的水位，提高水管理能力，改善燃料電池電池組的輸出特性;

3.由于氫氣循環(huán)泵對(duì)進(jìn)氣的加濕作用，在氫氣進(jìn)口處省略了附加的加濕系統(tǒng)，使得燃料電池系統(tǒng)更加流線型。

雖然氫氣循環(huán)泵本質(zhì)上是一種氣體泵，但由于其特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，其發(fā)展面臨著許多技術(shù)問題。