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丰田Mirai二代燃料电池系统空气过滤器的学习

2022-04-20 15:10:04·  来源：燃料电池百科  
　
氢燃料电池汽车正在得到市场上大力推广的其中原因就是氢燃料电池汽车可以实现“负排放”，简单的可以理解为氢燃料电池汽车只排放水，完全没有其它有害排放，更进

氢燃料电池汽车正在得到市场上大力推广的其中原因就是氢燃料电池汽车可以实现“负排放”，简单的可以理解为氢燃料电池汽车只排放水，完全没有其它有害排放，更进一步的它还可以对污染的空气进行净化。这其中起到重要作用的就是空气过滤器。今天小编就和大家一起来学习一下丰田Mirai二代上的燃料电池系统空气过滤器。丰田Mirai二代空气过滤器设定的目标包括：其一，PM2.5的过滤效率99.5%；其二，过滤如SO2 \ NO2 \ NH3 \ HCs等化学物质，其中严重影响催化剂性能的SO2过滤效率至少90%。丰田Mirai二代燃料电池系统空气路的基本原理如下图。可以看到空气过滤器是整套燃料电池系统空气路入口的第一个零部件，它能直接保证干净无污染物（无粉尘颗粒及对电堆性能和寿命有害的化学物质）的空气进入燃料电池电堆发生电化学反应，从而使燃料电池能够高效耐久的运行工作。

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丰田Mirai二代燃料电池系统空气净化的流程如下图。含有污染物的空气经过空气过滤器后成为基本不包含固体颗粒和对电堆有害化学物质的净化空气。因为一般燃料电池运行时，空气都是以过量的形式参加电化学反应并生成水，所以在燃料电池汽车尾排中只有余量的干净空气和生成的水。

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  • 总体结构

丰田Mirai二代空气过滤器的总体结构如下图。为了便于维护以及对滤芯起到保护作用，整体滤芯被集成在一个外壳内。滤芯包括一个滤尘层和位于其上游的两个保护层及一个化学过滤层。其中保护层是为了防止外来物质对化学过滤层堵塞以及对滤尘层的侵蚀。

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  • 滤尘层

滤尘层的主要结构如下图。这个部分的滤芯采用了驻极体加工技术，以提高其PM2.5颗粒的过滤效果。整体结构为褶皱形式，以增大过滤面积。滤芯表面由无纺材料层和滤纸层构成。通过高压电使滤芯上的树脂纤维电极化，在静电产生的库仑力下，微小的灰尘颗粒很容易被吸附在滤芯上。

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丰田Mirai二代团队还对比了市场上的四件空气过滤器竞品和自己有/无驻极体加工处理滤芯的PM2.5过滤效率，结果如下图。可以看到具有驻极体加工技术的空气过滤器，PM2.5过滤效率可以达到96%~99.7%，高于99.5%的过滤效率目标，甚至可以认为是目前市场上燃料电池系统PM2.5过滤效率最高的产品。

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  • 化学过滤层

化学过滤层的结构如下图。这个部分的滤芯为铝蜂窝形式，目的是为了兼顾较低的流阻和较大过滤面积。铝蜂窝为铝箔材料，表面有MnO2和碱浸渍活性炭。MnO2和SO2、NH3反应生成酸，碱和SO2、NO2反应生成盐，这些酸和盐都很容易被活性碳吸附，从而提高滤芯对这些化学物质的过滤效率。研究表明，丰田Mirai二代空气过滤器可以达到94%的SO2过滤效率，即使没有化学过滤层，其NO2和NH3过滤效率也能达到至少40%，这些都保证了Mirai二代燃料电池的长寿命运行。

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目前丰田Mirai二代燃料电池电堆寿命可以达到运行5000小时以上的世界先进水平，这款先进的燃料电池系统空气过滤器功不可没。


作者：鲤琨

校对：楚轩、锦徽

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