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《質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的關(guān)鍵技術(shù)_王誠(chéng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、科技導(dǎo)報(bào)2016，34（6）質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的關(guān)鍵技術(shù)123王誠(chéng)，趙波，張劍波1.清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，北京1000842.全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，北京1022093.清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084摘要膜電極是多相物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，決定著燃料電池的性能、壽命及成本。本文分析膜電極當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀與商業(yè)化目標(biāo)，梳理膜電極分類及經(jīng)過(guò)梯度化膜電極向有序化膜電極發(fā)展的技術(shù)脈絡(luò)，介紹近年來(lái)超低Pt載量的第三代膜電極-有序化膜電極的新進(jìn)展，比較各種有序化膜電極制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)。目前有序化膜
2、電極在鉑族元素總載量為0.118mg/cm2下取得的最好性能為861mW/cm2@0.692V，0.137g/kW，成本降至5美元/kW，Q/ΔT值從2013年的1.9下降到1.45。從降低Pt用量及簡(jiǎn)化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、降低系統(tǒng)成本的角度看，自增濕有序化膜電極是未來(lái)膜電極開(kāi)發(fā)的重要方向。關(guān)鍵詞燃料電池；膜電極；納米線；納米管；納米結(jié)構(gòu)薄膜質(zhì)子交換膜燃料電池（protonexchangemembranefuel反應(yīng)。最近，高質(zhì)量活性的鉑基多孔/中空結(jié)構(gòu)納米顆粒這種cell，PEMFC）是一種零排放、高效率與高功率密度的發(fā)
3、電裝新型的催化劑，受到了廣泛關(guān)注；在改進(jìn)催化劑的耐久性方置，特別是在新能源交通動(dòng)力應(yīng)用方面具有極其誘人的前面，主要集中于研發(fā)高度石墨化的碳材料（例如碳纖維，碳[1]景。經(jīng)過(guò)全球多年持續(xù)研發(fā)，目前PEMFC在能量效率、功管，石墨稀）作為Pt基催化劑載體，這些碳材料擁有更高的石[4]率密度、比功率、低溫啟動(dòng)等性能指標(biāo)方面取得了突破性進(jìn)墨特征能抵抗汽車啟停工況引起的衰減。但僅從催化劑等[2]展，使得燃料電池汽車的性能己接近傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的水原材料角度來(lái)改善PEMFC的成本和耐久性問(wèn)題還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，平。在PEMFC技術(shù)日趨成熟和日
4、本氫社會(huì)戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)的背景因?yàn)橛纱呋瘎┲苽涞哪る姌O還必須兼顧電化學(xué)反應(yīng)三相界下，以豐田Mirai燃料電池汽車領(lǐng)銜的新一輪燃料電池汽車產(chǎn)面及電子、質(zhì)子、氣體和水的傳質(zhì)微通道等多因素影響才能業(yè)化浪潮正在迫近。然而，當(dāng)前PEMFC系統(tǒng)的量產(chǎn)成本（49獲得最佳發(fā)電性能，因此，解決PEMFC上述兩大問(wèn)題應(yīng)著眼美元/kW，按年產(chǎn)50萬(wàn)臺(tái)計(jì)）和壽命（一般水平為2500h）距離于膜電極部件的原材料與制備工藝的集成創(chuàng)新。商業(yè)化成本指標(biāo)（30美元/kW）和耐久性指標(biāo)（5000h以上）仍有差距，構(gòu)成了其產(chǎn)業(yè)化的最后障礙。車用燃料電池成本1膜電極國(guó)
5、際專利分析與商業(yè)化指標(biāo)和耐久性問(wèn)題涉及面廣、挑戰(zhàn)大，一直是世界各國(guó)研究人員采用DerwentInnovationsIndex專利檢索平臺(tái)對(duì)1963年[3]廣泛關(guān)注的棘手問(wèn)題。至2015年9月1日的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢索條件為[標(biāo)題：膜電極（membraneelectrodeassembliy，MEA）是多相物質(zhì)(MEAor"membraneelectrodeassembly"or"membraneand傳輸和電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，決定著PEMFC的性能、壽命及成本，electrodeassembly")AND主題:（"fuel
6、cell")]，共檢索到有關(guān)主要由催化劑、質(zhì)子交換膜及其溶液、氣體擴(kuò)散層制備而膜電極的記錄3480條，其中有1669個(gè)專利權(quán)人。從專利發(fā)成。膜電極的制備工藝一直是燃料電池領(lǐng)域的核心技術(shù)。展趨勢(shì)來(lái)看，2008—2009年是膜電極技術(shù)創(chuàng)新最為活躍的時(shí)由于目前非鉑催化劑活性低、耐久性差，還無(wú)法取代鉑基催期，專利總數(shù)超過(guò)1000件。以專利權(quán)人排序的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖化劑，實(shí)際應(yīng)用的PEMFC催化劑均為含Pt催化劑。研制高1所示，豐田汽車公司以552件膜電極發(fā)明專利高居首位，三性能超低Pt載量的膜電極對(duì)于加速PEMFC商業(yè)化進(jìn)程具有星電
7、子、日產(chǎn)汽車、東芝、日本凸版印刷株式會(huì)社、本田汽車、十分重要的意義。在開(kāi)發(fā)高效Pt基催化劑方面，調(diào)整Pt納米現(xiàn)代汽車、松下、美國(guó)3M公司名列其后。在專利權(quán)人排名前晶體的暴露晶面（111），制備Pt的合金、核殼、枝杈或非均質(zhì)10位中，日本企業(yè)占據(jù)7位，日本企業(yè)在燃料電池膜電極專利結(jié)構(gòu)的多金屬納米晶體，用金屬團(tuán)族、分子、離子、有機(jī)或無(wú)數(shù)量上的壓倒性優(yōu)勢(shì)表明，其燃料電池核心技術(shù)成果豐碩和機(jī)化合物修飾鉑納米顆粒表面，均有利于改善催化氧化還原工業(yè)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)強(qiáng)化。豐田汽車內(nèi)制的新一代膜電極（圖收稿日期：2016-02-03；修回日
8、期：2016-02-24基金項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（SGRI-DL-71-14-012）作者簡(jiǎn)介：王誠(chéng)，副教授，研究方向?yàn)闅淠苋剂想姵?，電子信箱：wangcheng@tsinghua.edu.cn引用格式：王誠(chéng)，趙波，張劍波.質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的關(guān)鍵技術(shù)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2016,34(6):62-68;d
