目前燃料电池的发展（燃料电池想要更大的舞台）

如今环境污染和能源危机日益严重，利用清洁无污染的新型替代能源是解决此类问题的重要途径之一。氢气因其热能转化效率高、来源广泛且与反应产物为水，干净无污染等优点，成为人类青睐的主要能源。作为氢能的能量转化器，氢燃料电池的出现让氢能走进千家万户成为可能。

认识氢燃料电池

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。实质上是一种化学反应器，按电解质种类可分为磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池。目前市场上的氢燃料电池汽车大多以质子交换膜类燃料电池为主。

氢燃料电池中氢气的反应过程如下：

❶ 氢气罐中的氢气通过双极板经阳极气体扩散层到达阳极催化剂层，在催化剂作用下，失去电子，变为氢质子；

❷ 反应生成的氢质子穿过质子交换膜到达阴极；

❸ 电子穿过外电路，经过负载形成电流；

❹ 另一侧，氧气同样经过双极板、扩散层、催化剂层，在催化剂作用下与氢离子和到达阴极的电子反应生成水并放出热量；

❺ 生成的水和未参与反应的气体排出或在压力差作用下向阳极扩散。

▲ 氢燃料电池工作原理图

阳极反应：H2(g)=2H (aq) 2e-

阴极反应：2H (aq) 1/2 O2(g) 2e-=H2O

总反应：H2(g) 1/2 O2(g)= H2O（放热）

▲ 氢燃料电池结构图

氢燃料电池的优势：

丨无污染：对环境不会产生有害物质；

丨无噪声：电池运行相当于我们正常交谈的声音大小；

丨高效率：相较于传统的电池，省去了热能和机械能的中介变化。

氢燃料电池发明之初，由于技术不成熟，所以主要应用在高端领域，例如航空航天。随着技术的逐步发展，氢燃料电池开始应用于发电、汽车的发动机等。氢燃料电池不受传统汽车发动机采用卡诺循环42%上下的热效率限制，效率能够达到超过六成。现今有诸多汽车企业例如奔驰以及宝马，现代和本田、丰田等，都推出了燃料电池的车型汽车。

▲ 氢燃料电池产业链

氢燃料电池的密封性

虽然氢燃料电池有着以上所述的众多优势，但由于相关技术不够成熟，仍有诸多不足。由于氢气属于易燃气体，在氢气的制取、储存和运输过程中都可能面临泄漏和爆炸的危险。

最重要是氢燃料电池的封装和内部结构特点决定了燃料电池无法做到完全密封，燃料电池堆的氢气泄漏就直接影响燃料电池的能量利用效率和系统安全性。因此如何测试燃料电池的氢气泄漏和密封性能变得尤为重要。

目前国标体系中已有多个相关标准对燃料电池的泄漏和气密性能测试进行了具体规定，例如GB/T 20042.2—2008《质子交换膜燃料电池电池堆通用技术条件》、GB/T 33978—2017《道路车辆用质子交换膜燃料电池模块》、GB/T 29838—2013《燃料电池模块》等。主要针对气密性、泄漏、压差、窜气、允许工作压力等指标的规定。

氢气的爆炸区间较广，极小的点火能量都能将此类气体点燃。燃料电池的气体回路和冷却水回路都应该进行泄漏测试，以防止氢气泄漏到外部造成的安全风险，以及冷却水泄漏造成的短路和冷却不足等问题。

由于氢气的穿透性非常强，其整体漏率至少应做到位于10-4~10-6mbarL/s之间。这需要氦质谱检漏仪来完成。

关于氦质谱检漏仪

氦质谱检漏技术是工业领域应用最为广泛的一种检漏方式，它的功能在于能够对密封产品的泄漏量进行定量检测，主要应用于汽车、电力、家电、空调制冷、航空航天等领域。

氦质谱检漏仪根据质谱分析原理，以氦为示踪气体，完成对真空设备和密封器件的漏隙进行定位或定量、定性测量。有两种方式可以检测出泄漏：

❶ 示踪气体A放在容器里面，处于正压，然后用仪器去检测，容器周边是否有气体A，如果容器外有气体A，则容器有漏。用这种方式能检测出漏点，并能大概判断泄漏的程度。这种检漏方式叫Sniffer检漏或正压检漏。

❷ 示踪气体A喷在容器外面，用仪器去检测容器里面是否有气体A。这种方式能检测出漏点，并能测知漏率。这种检漏方式叫负压捡漏或真空检漏。

氦质谱检漏仪涉及的元器件比较多，如真空阀门、真空计、压缩机、传感器、控制器、传动系统、工装夹具等等。因为在真空环境中，空气的流动才体现为分子流，所以氦质谱检漏仪必须在真空环境中进行。真空环境是由真空泵组获得的。

▲ 氦质谱检漏仪的真空系统图：1 测试口，2 测试口压力，3 标准漏率棒，4 排气或吸枪口，5 前级泵，6 前级真空压力，7 分子泵，8 质谱

目前，莱宝真空与国内规模首屈一指的氦检设备公司合作，为氢燃料电池的自动化氦气检漏设备提供了真空泵和相关配件。此设备检漏精度高、自动化程度高，极大地提高了生产效率，保障产品安全性能，被广泛应用于氢燃料电池产业链的各环节。

其中莱宝的风冷无油干式螺杆泵作为真空获得设备，拥有快速抽空、极限压强可达1Pa、即插即用等优点，成为氦质谱检漏设备的理想选择。

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