資源描述：
《質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極綜述.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、船電技術(shù)I綜述V01．35No．62015．6質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極綜述夏豐杰，葉東浩(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，湖北武漢，430064)摘要：膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，決定著質(zhì)子交換膜燃料電池的性能、壽命以及成本。本文著重介紹了膜電極組成、性能技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，：有序化膜電極是質(zhì)予交換膜燃料電池膜電極技術(shù)發(fā)展的最具潛力方向。關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極三維有序中圖分類號：TM93l文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003。4862(2015)06—0024—04ReviewonMembraneElectrodeAssembl
2、yforProtonExchangeMembraneFuelCellXiaFengjie，YeDonghao(WuhanInstituteofMarineElectricpropulsion，Wuhan430064，China)Abstract：Membraneelectrodeassembly(MEA)isakeycomponentofprotonexchangemembrane乃elcell(PEMFC)，dominatingtheperformance，lifetimeandcostofPEMFC．Inthispaper,theoverv
3、iewoftheMEAcomponents，propertiesandcurrenttechnicalstatusisgiven．TheorderedMEAisconsideredasthemostpotentialdirectionforMEAofPEMFC．Keywords：protonexchangemembrane缸elcell(PEMFC)；membraneelectrodeassembly(MEA)：ordered燃料電池是能將儲存在氫燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)的方式直接轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置?。質(zhì)子交換膜燃料電池(PE
4、MFC)與其它類型的燃料電池(女HAFC、MCFC、PAFC、SOFC等)相比，具有工作溫度低、啟動快、能量轉(zhuǎn)化效率高、無廢氣排放等特點，被認(rèn)為是解決能源危機和環(huán)境污染的最具前景的方案之一，特別是交通運輸如汽車、船舶等方面極具應(yīng)用前景[2]。豐田、奔馳、本田、通用、現(xiàn)代等汽車制造巨頭都致力于開發(fā)車用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)，并制定了各自商用化時問表，其中韓國現(xiàn)代已于2013量產(chǎn)了燃料電池汽車ix35，日本豐田也于2014年12月商業(yè)化燃料電池汽車MIRAI。目前制約燃料電池技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的瓶頸是燃料電池的壽命和成本。根據(jù)美國能源部2013年
5、收稿日期：2015-01—12作者簡介：夏豐杰(1984一)，男，工程師。研究方向：燃料電池。“FuelCellTechnicalRoadmap”報告pJ，經(jīng)燃料電池電動車的示范項目運行表明：燃料電池壽命僅為2500h，與2020年達(dá)蟄j5000h目標(biāo)壽命還有較大差距。另外，由于其成本(目前成本為51$／kW，而高性能內(nèi)燃機成本為5$／kW)和壽命仍然沒有達(dá)到車用商業(yè)化要求。膜電極(MembraneElectrodeAssemblies，MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，是多相物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應(yīng)場所，決定著質(zhì)子交換膜燃料電池的性能、壽命
6、以及成本。其中膜電極結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，由陰極催化層、質(zhì)子交換膜及陽極催化層組成通常稱為三層膜電極(3一layerMEA)；由陰極擴(kuò)散層、陰極催化層、質(zhì)子交換膜、陽極催化層及陽極催化層組成通常稱為五層膜電極(5一layerMEA)；由密封層(陰極)、陰極擴(kuò)散層、陰極催化層、質(zhì)子交換膜、陽極催化層、陽極催化層及密封層(陽極)組成通常稱為七層膜電極(7一layerMEA)。隨著車用質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化發(fā)展的需要，美國能源部于2013年“FuelCellTechnicalV01．35No．62015．6船電技術(shù)I綜述TeamRoadmap’’報
7、告‘31中提出了未來膜電極的發(fā)展技術(shù)指標(biāo)，如表1所示，其中，膜電極2020年目標(biāo)為：功率密度1000mW／cm2(額定功率下)，循環(huán)老化壽命5000h，成本14$／kW。膜電極要在陰極陽極性能、壽命和成本滿足商業(yè)化要求就必須做到使得陽極和陰極的鉑族元素金屬(PGM)催化劑總用量不超過0．125g／cm2膜電極。表1膜電極的技術(shù)目標(biāo)圖2膜電極結(jié)構(gòu)不意圖1膜電極工藝技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀自質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)展至今，膜電極技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了幾輪革新。20世紀(jì)60年代美國雙子星太空計劃開發(fā)質(zhì)子交換膜燃料電池用膜電極，采用鉑黑作為催化劑，當(dāng)時鉑載量超過10mg／c
8、m2；在20世紀(jì)80年代以碳載鉑催化劑(Pt／C)取代鉑黑后，膜電極的鉑載量急速降低了1個數(shù)量級；90年代后隨著納米材料技術(shù)發(fā)展，采用新的膜電極制備技
