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丰田Mirai二代电堆的降本与量产解密
2021-04-09 13:42:25· 来源：燃料电池百科 作者：鲤琨
2020年底丰田Mirai二代发布，其电堆功率密度达到了5.4kW/L，比Mirai一代高出1.5倍。那么丰田Mirai二代在提高电堆功率密度的同时如何做到成本的降低与批量生产呢
2020年底丰田Mirai二代发布，其电堆功率密度达到了5.4kW/L，比Mirai一代高出1.5倍。那么丰田Mirai二代在提高电堆功率密度的同时如何做到成本的降低与批量生产呢？今天小编就和大家一起来学习一下。
总的来说丰田Mirai二代是通过降低铂载量实现电堆的降本，再通过优化双极板密封和优化双极板加工工艺提高生产速度以实现电堆的量产。
• 降低铂载量
由于最大电流密度和燃料电池反应区在双极板总面积占比的提高，使燃料电池电堆体积缩小了20%。另外，由于电堆中单池的数量从370片降低到330片、更薄的质子交换膜和双极板、降低铂载量，最终使电堆的成本较Mirai一代降低了3/4。特别看到的，Mirai二代电堆单位功率铂载量较Mirai一代降低了58%。
• 优化双极板密封工艺
为了满足量产需要，丰田为Mirai二代开发了高速燃料电池密封技术，如下图所示。密封过程从EPDM硫化附着演变成了热塑附着和UV固化。目前的工艺较之前的工艺速度快100倍。
胶面（Glue sheet）用来做热塑附着，它主要有三块构成，即聚萘二甲酸乙二酯（PEN）和PEN两面的热附着层。通过下图的工艺优化了它的弹性（stretching）和热定形（heat setting）流程，进而减少燃料电池组装过程中产生的形变。
• 优化双极板加工工艺
Mirai二代的Ti双极板表面通过纳米复合材料（NC）处理方法处理，基本流程如下图所示。
之前Mirai一代则采用π共轭非晶碳（PAC）处理Ti表面，基本流程如下图所示。目前的处理方法属于等离子体CVD过程，如下图，即通过真空环境下产生的等离子体进行处理。由于Mirai二代采用的NC处理方法属于角色对角色（role-to-role）连续加工的过程，因此需要的加工时间会比Mirai一代更短。
Mirai二代电堆双极板在NC表面处理后，在双极板表面会形成由碳和TiOx复合而成的NC层，它具有很好的导电性和抗腐蚀性。在NC表面处理过程中，NC和Ti金属完美接触，然后就可以进行后续的双极板冲压过程了。
总的来说丰田Mirai二代是通过降低铂载量实现电堆的降本，再通过优化双极板密封和优化双极板加工工艺提高生产速度以实现电堆的量产。
• 降低铂载量
由于最大电流密度和燃料电池反应区在双极板总面积占比的提高，使燃料电池电堆体积缩小了20%。另外，由于电堆中单池的数量从370片降低到330片、更薄的质子交换膜和双极板、降低铂载量，最终使电堆的成本较Mirai一代降低了3/4。特别看到的，Mirai二代电堆单位功率铂载量较Mirai一代降低了58%。
• 优化双极板密封工艺
为了满足量产需要，丰田为Mirai二代开发了高速燃料电池密封技术，如下图所示。密封过程从EPDM硫化附着演变成了热塑附着和UV固化。目前的工艺较之前的工艺速度快100倍。
胶面（Glue sheet）用来做热塑附着，它主要有三块构成，即聚萘二甲酸乙二酯（PEN）和PEN两面的热附着层。通过下图的工艺优化了它的弹性（stretching）和热定形（heat setting）流程，进而减少燃料电池组装过程中产生的形变。
• 优化双极板加工工艺
Mirai二代的Ti双极板表面通过纳米复合材料（NC）处理方法处理，基本流程如下图所示。
之前Mirai一代则采用π共轭非晶碳（PAC）处理Ti表面，基本流程如下图所示。目前的处理方法属于等离子体CVD过程，如下图，即通过真空环境下产生的等离子体进行处理。由于Mirai二代采用的NC处理方法属于角色对角色（role-to-role）连续加工的过程，因此需要的加工时间会比Mirai一代更短。
Mirai二代电堆双极板在NC表面处理后，在双极板表面会形成由碳和TiOx复合而成的NC层，它具有很好的导电性和抗腐蚀性。在NC表面处理过程中，NC和Ti金属完美接触，然后就可以进行后续的双极板冲压过程了。
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