對(duì)于重型、大噸位和長(zhǎng)距離車輛，使用氫為燃料電池提供動(dòng)力似乎是大幅減少空氣污染的最佳解決方案之一。 氫氣也被證明是交通脫碳的有效解決方案。事實(shí)上，在 PNRR（意大利國(guó)家恢復(fù)和復(fù)原計(jì)劃）和 2020 年歐洲能源計(jì)劃中都對(duì)這種能源給予了極大的關(guān)注。 UFI 濾清器是過濾以及內(nèi)燃機(jī)、混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車熱交換器生產(chǎn)領(lǐng)域的領(lǐng)先公司，早在 2017 年就開始分析與各種不同形式的動(dòng)力相關(guān)的未來可能情景，包括在燃料電池中使用氫的挑戰(zhàn)以及過濾相關(guān)問題，特別關(guān)注空氣過濾器燃料電池陰極，這是一種在凈化進(jìn)入系統(tǒng)的空氣方面發(fā)揮戰(zhàn)略和基礎(chǔ)作用的元素。 這種經(jīng)過過濾的空氣在電池內(nèi)充當(dāng)燃燒劑，其中存在的氧氣通過能夠發(fā)電的電化學(xué)過程與氫氣發(fā)生反應(yīng)。

背景

過濾空氣從未如此重要

在到達(dá)壓縮機(jī)然后被輸送到電池之前，進(jìn)入系統(tǒng)的空氣必須經(jīng)過高效過濾，不僅要去除顆粒物，還要去除有害氣體，如 SO X、NO X、H 2 S 、CO、O 3 和 NH 3 ，以及 VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物），例如苯和甲苯。 這些對(duì)燃料電池有害的氣體，通常是源自人類活動(dòng)的人為化合物（傳統(tǒng)燃燒的產(chǎn)物和石油衍生的產(chǎn)物）； 這些物質(zhì)在空氣中的濃度因地理環(huán)境而異。

就發(fā)動(dòng)機(jī)空氣過濾而言，燃料電池中的空氣過濾比在傳統(tǒng)吸熱式發(fā)動(dòng)機(jī)中起著更為重要的作用。 為什么？ 多年來進(jìn)行的多項(xiàng)研究表明，即使是極少量的氣態(tài)顆粒（我們不僅僅是在談?wù)?PPM——百萬分之一，甚至是 PPB——十億分之一）也會(huì)顯著降低電池的性能和壽命。 這是由多種因素造成的，包括催化劑的污染，這是決定性的——這是觸發(fā)將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能和水所必需的反應(yīng)的原因。 催化劑是燃料電池的基本組成部分，實(shí)際上由昂貴的鉑（或其他貴金屬）組成。 雜質(zhì)的存在會(huì)損害其性能和功能，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，并可能隨著時(shí)間的推移逐漸退化，從而影響電池的使用壽命。 在氣路中，壓縮機(jī)也是關(guān)鍵元件； 該部件對(duì)固體空氣污染物非常敏感，會(huì)影響其性能。

但是有空氣和空氣……

這些電池使用環(huán)境空氣提供觸發(fā)與氫氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所需的氧氣。 但是，正如我們所知，空氣在任何地方都不一樣，它的特性取決于許多因素，例如溫度、海拔高度、當(dāng)?shù)匚廴镜?。因此，在開發(fā)陰極空氣過濾器時(shí)必須考慮這種空氣的質(zhì)量及其在車輛中的使用位置，因?yàn)樵谝粋€(gè)地區(qū)有效的解決方案不一定在另一個(gè)地區(qū)有效。

UFI 過濾器解決方案

由 UFI 濾清器開發(fā)并專為燃料電池 OE 應(yīng)用設(shè)計(jì)的陰極空氣過濾器具有雙重功能（過濾固體顆粒和吸收氣態(tài)污染物），具有雙層結(jié)構(gòu)，兩層都包含在一個(gè)盒子內(nèi)； 其在車輛內(nèi)部的形狀和位置根據(jù) OEM 的要求而有所不同。 這種配置使空氣陰極過濾器的每一層都可以根據(jù)給定的車輛、使用區(qū)域和/或行駛距離以及過濾器的預(yù)期使用壽命進(jìn)行專門化定制，從而保證最佳性能。

第一層作為物理屏障；它分離固體顆粒，結(jié)構(gòu)類似于內(nèi)燃機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣過濾系統(tǒng)中使用的結(jié)構(gòu)。 它使用合成介質(zhì)制成，與傳統(tǒng)過濾器相比具有不同的矩陣和厚度，提供不同的累積特性和低系統(tǒng)負(fù)載損失。 它可以捕獲所有類型的灰塵，包括極細(xì)的顆粒以及鹽粒。 事實(shí)上，鹽在冬天用于道路除霜并且存在于沿海地區(qū)，對(duì)燃料電池有害。 第一層的定位——第二層的上游——具有戰(zhàn)略意義，因?yàn)樗糜诒Ｗo(hù)存在于第二層中的活性炭，該活性炭對(duì)限制其吸收氣體能力的微粒的存在非常敏感。

 

第二層具有化學(xué)功能； 通過吸附去除氣態(tài)污染物。 它由具有無紡布基質(zhì)（無紡布）的過濾介質(zhì)制成，其中混合了各種類型的活性炭。 得益于 UFI濾清器在生產(chǎn)過濾材料方面的經(jīng)驗(yàn)，用于此特定應(yīng)用的活性炭與傳統(tǒng)上使用的不同； 相反，這些已經(jīng)通過特定的熱處理和與無機(jī)鹽的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了修改。 這樣，除了具有不同的物理孔尺寸（由于表面處理）之外，活性炭還具有吸收氣體的能力，并通過各種化學(xué)鍵與這些氣體結(jié)合。 UFI 濾清器可以為客戶提供針對(duì)特定應(yīng)用的同一過濾器的多種選擇； 在這種情況下，不同的活性炭混合物是變化的元素，可以考慮到車輛銷售的不同區(qū)域。

 

得益于UFI 濾清器研究和生產(chǎn)過濾介質(zhì)方面的綜合專業(yè)知識(shí)，其生產(chǎn)的創(chuàng)新陰極空氣過濾器解決方案脫穎而出。 這種知識(shí)既存在于過濾介質(zhì)所用的材料和不同幾何形狀的應(yīng)用中，也存在于過濾器本身的加工方式中，可以提高產(chǎn)品的性能。 褶皺就是一個(gè)例子：褶皺過濾器提供的性能與褶皺本身的創(chuàng)建方式密切相關(guān)。 在 UFI 濾清器，一個(gè)高度專業(yè)化的部門致力于研究和尋找最佳參數(shù)，然后將這些參數(shù)傳遞給公司的各個(gè)全球工廠，以確保實(shí)現(xiàn)全面相同的高水平性能。

還有更多

對(duì)于某些應(yīng)用，除了兩層之外，UFI 濾清器還提供用于空氣初步處理的預(yù)分離元件。 例如，在塵土飛揚(yáng)的地區(qū)，這可能含有大量固體顆粒物質(zhì)，必須在到達(dá)陰極空氣過濾器之前將其去除。

第一個(gè)功能原型

許多功能性 UFI 過濾器原型，旨在用于卡車、公共汽車和輕型商用車的全球 OEM 應(yīng)用，已經(jīng)在世界不同地區(qū)進(jìn)行測(cè)試，并且這些原型的材料即將最終定稿。 量產(chǎn)計(jì)劃于 2025-26 年開始。

憑借其專業(yè)知識(shí)、OE 血統(tǒng)和全球工業(yè)足跡，UFI 濾清器已為可持續(xù)交通的未來做好準(zhǔn)備。