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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)燃油車使用內燃機作為主要驅動，大部分新能源汽車選擇對環(huán)境友好的質子交換燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) 。因為燃料電池是通過氫氣和氧氣的化學反應來發(fā)電的裝置，工作時不會排放溫室氣體等副物產物。

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，其關鍵是燃料電池雙極板的性能，被認為是新能源汽車發(fā)展“卡脖子”問題。雙極板作為質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 以材料結構及化學組成為切入點，通過輝光放電光譜儀（GD-OES）和拉曼光譜，對商用車內未知組成信息的燃料電池雙極板進行了檢測鑒定。

質子交換膜燃料電池的結構 

（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

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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

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為了進一步確定雙極板中碳涂層的化學結構，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構，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結構和結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，同時認為鈦金屬板上的非晶碳鍍層可改善金屬雙極板的導電性和耐蝕性，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。