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新能源汽車是目前汽車發(fā)展的方向之一，各大車企或企業(yè)都紛紛推出了新能源商用汽車。相對于傳統(tǒng)燃油車使用內(nèi)燃機作為主要驅(qū)動，大部分新能源汽車選擇對環(huán)境友好的質(zhì)子交換燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) 。因為燃料電池是通過氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的裝置，工作時不會排放溫室氣體等副物產(chǎn)物。

盡管新能源汽車的優(yōu)點很明顯，但燃料電池的使用壽命一直是車企亟需攻克的難題，其關(guān)鍵是燃料電池雙極板的性能，被認(rèn)為是新能源汽車發(fā)展“卡脖子”問題。雙極板作為質(zhì)子交換膜燃料電池的主要組成部分之一，主要作用是傳輸燃料氣體和空氣并導(dǎo)電。因此研究人員一直致力于開發(fā)各種材料和表面處理來提升雙極板的性能，從而提高燃料電池的壽命。基于此背景，HORIBA 以材料結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成為切入點，通過輝光放電光譜儀（GD-OES）和拉曼光譜，對商用車內(nèi)未知組成信息的燃料電池雙極板進行了檢測鑒定。

質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu) 

（a）用于分析的雙極板

(b)將雙極板邊緣區(qū)域切成小片進行GD-OES分析

 01 

首先，研究人員采用輝光放電光譜儀確定雙極板的組成材料。輝光放電光譜儀 (GlowDischarge Optical EmissionSpectrometer，GD-OES) 適用于燃料電池雙極板的元素分析，它能快速確定物體的組成。在本輪檢測過程中，研究人員使用了 GD-Profiler2? 輝光放電光譜儀，該儀器可同時快速分析所有的鍍層元素，通過 GD-Profiler2? 輝光放電光譜儀的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)雙極板是由碳涂層和鈦基板組成。

(a)HORIBA GD-Profiler2? 輝光放電光譜儀

(b)樣品裝載在大象鼻（專用陽極）

GD-Profiler2? 分析雙極板的元素深度分布圖

 02 

為了進一步確定雙極板中碳涂層的化學(xué)結(jié)構(gòu)，研究人員采用拉曼光譜進行分析。拉曼光譜可用于分析鑒定材料的有序和無序晶體結(jié)構(gòu)，特別適用于雙極板分析中碳涂層的表征。在此輪檢測過程中，研究人員使用 LabRAM Evolution 共聚焦拉曼光譜儀對雙極板的化學(xué)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度進行了無損分析，確定了雙極板上碳涂層是非晶態(tài)形式。

HORIBA LabRAM Evolutiion 共聚焦拉曼光譜儀

（a）在雙極板碳涂層上獲得的拉曼光譜

（b）測量區(qū)域的光學(xué)圖像

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通過 GD-Profiler2? 輝光放電光譜儀 和 LabRAM Evolution 共聚焦拉曼光譜儀的共同分析，研究人員確認(rèn)這塊車上拆解的雙極板是由無定形碳涂層覆蓋的鈦金屬板組成，同時認(rèn)為鈦金屬板上的非晶碳鍍層可改善金屬雙極板的導(dǎo)電性和耐蝕性，有利于提高燃料電池的使用壽命，并且可以降低新能源汽車制造成本，是破解新能源汽車發(fā)展“卡脖子”問題的辦法之一。

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以上是關(guān)于燃料電池雙極板材料分析的基本情況，如果您想了解更多關(guān)于 GD-OES 和拉曼光譜對燃料電池雙極板的檢測過程，可掃描下方二維碼或左下角閱讀原文，獲取完整分析報告。