豐田第二代Mirai和現代NEXO單電池對標
發布時間：
2022-06-02
日本豐田和韓國現代代表了全球燃料電池發展的兩條技術路線，尤其體現在電池結構、制造工藝和系統架構等方面。本文對標了豐田第二代Mirai和現代NEXO的電池結構。
日本豐田和韓國現代代表了全球燃料電池發展的兩條技術路線，尤其體現在電池結構、制造工藝和系統架構等方面。本文對標了豐田第二代Mirai和現代NEXO的電池結構。
豐田Mirai單電池結構
在電池結構上，豐田第二代Mirai和現代NEXO差別較突出。前者采用一體化封裝單電池方案，電堆發電體由330片相同的發電單電池經重復堆疊形成，但單電池由第一代的EPDM硫化粘接過渡為UV光固化密封和熱熔粘接方案，如上圖所示。與豐田不同，現代NEXO燃料電池堆發電體在裝配中采用雙極板和膜電極交替層疊方案。其中雙極板組件由陰極多孔網狀流場、陰極隔板和陽極板三部分組成，多孔網狀流場通過其外圍邊緣的四個點與陰極隔板焊接連接，陰極隔板通過在邊緣位置的六個焊接點與陽極板固定連接，陰陽極板間冷卻劑腔通過一體注塑在陰極隔板上的膠線實現壓縮接觸密封，如下圖所示。
現代NEXO雙極板結構示意
豐田第二代Mirai電堆發電單體數量為330節，官方數據顯示峰值輸出功率128 kW。其單電池外廓長寬為425 mm×150 mm，反應區長寬為260 mm×105 mm，面積利用率約為43%，面積比功率約為1.42 W/cm2。現代NEXO電堆發電單體數量為436節，官方數據顯示峰值輸出功率95 kW。其雙極板外廓長寬為413 mm×118 mm，反應區長寬為278 mm×100 mm，面積利用率約為58%，面積比功率約為0.78 W/cm2。
豐田第二代Mirai和現代NEXO電池尺寸對比
豐田第二代Mirai單電池實物
現代NEXO電池實物
在電堆結構上，豐田第二代Mirai和現代NEXO差異明顯，如下圖所示。現代NEXO的發電單元采用拉帶緊固，為雙層結構，每層各218節電池單體。新型Mirai采用封裝箱緊固，為單層結構，由330節發電單體串聯。為改善電芯的端部效應，現代NEXO在上下層電芯端部分別添加端部加熱器(End cell heater)。與第一代相近，新型Mirai仍在電堆兩側增加偽電池(不發電)。
豐田第二代Mirai和現代NEXO電堆結構示意
現代NEXO和豐田新型Mirai采用相似的逆流進氣方式和進排氣口兩端布置形式，即陽極側氫氣和陰極側空氣在反應區主要以水平相反的方向流動。其中，現代NEXO陽極板流場為標準的水平直流道，陰極板采用增強氣體傳質設計的3D多孔網裝流場，陰陽極板都具有單獨的流場分配區(僅導氣)。豐田第二代Mirai陽極流場為水平波紋形流場，陰極板采用具有收縮截面特征的水平直流道，陰陽極板流場分配區的部分區域兼具發電功能。針對耐久性能，現代NEXO采用改性不銹鋼基材成形后無表面處理技術，豐田新型Mirai采用預涂層基材技術。
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