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豐田公開減少燃料動(dòng)力電池車鉑用量技術(shù)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:716次  |  2021年10月25日  

豐田在2015年五月舉辦的汽車技術(shù)會(huì)春季大會(huì)(主辦:日本汽車技術(shù)會(huì))上,以燃料動(dòng)力鋰電池車鉑使用量的行為分析為主題發(fā)表了演講。燃料動(dòng)力鋰電池單元中使用鉑作為促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的催化劑,但隨著使用時(shí)間的推移,鉑顆粒的粒徑會(huì)增大,導(dǎo)致性能下降。這一次,豐田確認(rèn)了發(fā)電時(shí)鉑粒徑增大的變化過程,這有助于降低鉑的使用量。


豐田運(yùn)用MEMS技術(shù),開發(fā)出了利用厚度在幾百nm以下的氮化硅(SiN)膜密封電解液的電池。這一成果可使再現(xiàn)率提高到95%,能夠?qū)崟r(shí)觀察到鉑微粒增大的過程,而且實(shí)現(xiàn)了觀察視頻與電化學(xué)測(cè)量結(jié)果的同步化。


觀察結(jié)果表明,鉑微粒會(huì)在碳上移動(dòng)并聚集,從而導(dǎo)致顆粒增大。利用這種觀察方法,可以向樣品芯片施加實(shí)際行駛模式下的電壓變化,明確該狀態(tài)下鉑微粒的行為,開發(fā)出符合行駛狀態(tài)的材料,有助于延長燃料動(dòng)力鋰電池的壽命、降低鉑使用量。


FCV屬于電動(dòng)汽車,通過配備燃料動(dòng)力鋰電池,可以一邊發(fā)電一邊行駛。馬達(dá)、電池、逆變器等能與電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車通用的部件很多。目前FCV的主流是配備固體高分子型燃料動(dòng)力鋰電池(PEFC),以燃料罐中填充的氫為燃料發(fā)電。


PEFC的電解質(zhì)使用的是具備離子導(dǎo)電性的高分子膜,用燃料極和空氣極夾住電解質(zhì)構(gòu)成電池單元(單電池)。發(fā)電原理是,供應(yīng)給燃料極的氫氣(H2)分解成氫離子(H+)和電子,氫離子移動(dòng)到電解質(zhì)中,在空氣極與氧氣和電子發(fā)生反應(yīng)生成水。此時(shí),電子通過外部電路從燃料極移動(dòng)到空氣極從而出現(xiàn)電流。鉑催化劑的用途就是促進(jìn)這一系列反應(yīng),在反應(yīng)速度慢的空氣極的用量尤其多。鉑目前在東京商品交易所的市價(jià)約為每克將近5000日元,每輛FCV的鉑用量為幾十克。2008年的一份調(diào)查報(bào)告顯示,輸出功率為80kW的小型車每輛使用鉑32g,150kW的中型車使用60g,250kW的大型車使用150g。即使每輛車按50g計(jì)算,鉑的原料費(fèi)就高達(dá)24萬日元以上。因此,要想大幅降低FCV的成本,必須削減鉑用量。

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