机动车用质子交换膜燃料电池的研究

新型质子交换膜燃料电池的研究与开发随着经济发展，人们对能源的需求也越来越高。

然而，传统的化石燃料对环境的破坏越来越大，且资源越来越紧缺。

因此，寻找可再生、清洁、高效的能源逐渐成为了全球的共识。

而新型质子交换膜燃料电池成为了关注的研究热点。

一、质子交换膜燃料电池的优势质子交换膜燃料电池是一种用氢与氧反应来产生电能的设备。

相比之下，传统的燃料电池使用的是化石燃料，如石油和天然气。

燃料电池的优势有以下几点：1. 高效能：燃料电池的能量转换效率为50%以上，而传统发动机仅为25%左右。

这使质子交换膜燃料电池成为了最有效的电池之一。

2. 清洁环保：质子交换膜燃料电池的唯一废产物是水。

因此，与使用化石燃料的传统电池相比，燃料电池不会产生有害气体，没有污染排放。

3. 能源稳定性：由于质子交换膜燃料电池使用的是氢气，这种燃料相对丰富，且没有害处。

因此，与石油和天然气这样的不稳定化石燃料相比，氢气可以被更好地掌控和管理。

二、质子交换膜燃料电池的研究质子交换膜燃料电池并不是一项新技术。

早在1960年，燃料电池就已经出现了。

然而，在当时，这种电池的使用成本还很高，因为需要使用贵重的铂催化剂。

如今，随着技术的发展，研究人员已经在材料和设计上进行了改进。

1. 材料研究在传统的质子交换膜中，铂催化剂仍然是必不可少的。

然而，随着技术的进步，研究人员正在寻找替代铂催化剂的材料，如铜和镍。

这些材料不仅廉价，而且对环境的影响也更小。

此外，针对质子交换膜的结构，一些新型材料也正在被研究和开发。

例如，有研究人员开发了一种“多孔材料镀膜技术”，使得膜周围被覆盖上了微小的孔洞，这样可以增强质子的传导能力。

2. 设计研究目前，质子交换膜的设计一般分为两种类型：单电池和堆。

通常，单电池可以产生几十千瓦的输出，而堆则能够产生几百千瓦的输出。

与单电池相比，堆的优势在于其能够同时连接多个电池，从而产生更高的输出。

不过，堆的设计比单电池更加复杂，需要更加复杂的系统和程序控制。

质子交换膜燃料电池的研究与应用质子交换膜燃料电池是一种基于氢能源的新兴技术，广泛应用于能源领域。

本文将分析质子交换膜燃料电池的原理、应用、优缺点及发展前景。

一、质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢气和氧气转化为电能的设备，其基本原理是将氢气和空气（氧气）分别输送至质子交换膜两侧，并在质子交换膜上发生氧化还原反应，电子通过外部电路流动，氢气通过催化剂氧化还原发生水、热、电能转化的同时，当质子交换膜充满水分子时，则亦成为一种直接利用水中质子的电池，因其效率高，无污染，所以广受青睐。

二、质子交换膜燃料电池的应用质子交换膜燃料电池是一种非常高效且环保的能源转换方式，受到了广泛的应用。

它广泛应用于交通、家庭、商业和军事等领域，包括汽车、发电机、无人机、军事设备等。

在交通领域，质子交换膜燃料电池可以用作汽车或公共交通工具的动力源，它的高效性、清洁性、安全性和可靠性，使它成为未来替代石油燃料汽车最有潜力的选择之一。

特别是在开发氢气加氢站方面，各国政府积极推进相关基础设施建设，以加速质子交换膜燃料电池汽车的普及。

在家庭和商业领域，质子交换膜燃料电池可以用于灯具、空调和热水器等的供电，这些设备与传统燃料电池相比，能更好地控制产生的热量和电量，因此更加安全和高效。

在军事领域，质子交换膜燃料电池则广泛应用于军事船只、潜艇、机器人、航空器等方面，而其快速、高效、安全、稳定的特点则让其成为军方的首选动力源。

三、质子交换膜燃料电池的优缺点质子交换膜燃料电池具有以下优点：1、高效节能：质子交换膜燃料电池的效率是燃油发动机的两倍，能够更加高效利用能源。

2、清洁环保：质子交换膜燃料电池不产生污染物和温室气体，完全符合环保准则。

3、高度可靠：质子交换膜燃料电池在运行时基本不需要维护，具备较强的可靠性。

4、模块化、便携：质子交换膜燃料电池的模块化设计，使得它可以轻易地安装在各种设备中，具有良好的可携性。

质子交换膜燃料电池的研究进展与应用展望随着全球能源需求的增长和环境污染问题的严重化，燃料电池作为一种高效、环保的新能源技术备受关注。

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）是目前最为成熟的燃料电池技术，具有高能量转换效率、零排放等显著优点，在交通、能源、环保等领域的应用潜力巨大。

本文将介绍质子交换膜燃料电池的基本原理和构造、技术优势和发展历程、研究现状和未来展望等方面的内容。

一、质子交换膜燃料电池的基本原理和构造质子交换膜燃料电池是一种利用氢气与氧气反应产生电能的装置。

其基本原理是将氢气和氧气分别通入两个电极中，通过催化剂催化分离氢离子和电子，电子通过外部电路，从而产生电能，氢离子则通过质子交换膜（PEM）跨越阴阳极之间的间隙，在阳极侧与氧气发生电化学反应，最终生成水和电能。

质子交换膜是燃料电池的核心部件，它起到隔离电极、传导质子、限制气体透过和防止电子漏出等多种功能。

质子交换膜燃料电池的主要构造包括阳极、阴极、质子交换膜及双极板等。

阳极和阴极以及质子交换膜之间依次叠加组成电池的三明治式结构，各自承担传输电子、传输氢离子和隔离电子、气体的功能。

除此之外，双极板还在其两侧分别起到密封、导流、散热和电极反应催化剂支撑等作用。

二、技术优势和发展历程质子交换膜燃料电池相对于传统化石能源具有显著的技术优势。

首先，它具有高效能量转化率，其能量转换效率可达60%以上，在实际应用中能够显著降低能源成本和环境污染程度。

其次，质子交换膜燃料电池的反应产物只有水和热，因此没有任何污染物排放，对环境影响非常小。

再次，质子交换膜燃料电池的启动速度快、体积小、重量轻、噪声低，能够适用于不同的应用场合。

质子交换膜燃料电池的发展历程可以追溯到20世纪60年代初期。

当时，该技术在军事方面得到了广泛应用，被应用于宇航局的航天器和潜艇。

近年来，随着全球新能源技术的蓬勃发展，质子交换膜燃料电池也被广泛应用于交通、能源、环保等领域，成为燃料电池技术发展的主流。

质子交换膜燃料电池实验报告引言：质子交换膜燃料电池是一种新型的清洁能源技术，具有高效能转换和零排放的特点，被广泛研究和应用。

本实验旨在探究质子交换膜燃料电池的工作原理及其性能。

一、实验目的本实验的目的是通过搭建质子交换膜燃料电池实验装置，了解其工作原理，研究不同实验条件对燃料电池性能的影响，并对实验结果进行分析和讨论。

二、实验原理质子交换膜燃料电池是一种以氢气和氧气为燃料，在质子交换膜介质中进行氧化还原反应产生电能的装置。

其工作原理如下：1. 氢气在阴极电极上发生氧化反应，生成质子和电子。

2. 电子从阴极电极经外部电路流动至阳极电极。

3. 质子通过质子交换膜传递至阳极电极。

4. 阳极电极上的氧气与质子和电子发生还原反应，生成水。

5. 电子与质子在外部电路中流动，完成电流的闭合。

三、实验步骤1. 搭建质子交换膜燃料电池实验装置，包括阴极电极、阳极电极、质子交换膜和外部电路。

2. 将氢气作为燃料供给阴极电极，将氧气作为氧化剂供给阳极电极。

3. 测量和记录电池在不同工作条件下的电压和电流。

4. 分析和比较不同实验条件下的电池性能差异。

四、实验结果和讨论通过实验得到的数据可得到如下结论：1. 当氢气和氧气的流量越大，燃料电池的产生电压越高。

2. 在一定范围内，增加质子交换膜的厚度会增加燃料电池的电压输出。

3. 随着负载电阻的增加，燃料电池的电压会下降，但电流会增加。

4. 温度的升高有助于提高燃料电池的性能，但过高的温度会对膜材料产生损害。

五、实验结论本实验通过搭建质子交换膜燃料电池实验装置，研究了不同实验条件对燃料电池性能的影响。

结果表明，氢气和氧气流量、质子交换膜厚度、负载电阻和温度等因素对燃料电池的性能有显著影响。

对于质子交换膜燃料电池的实际应用，需要选择合适的实验条件，以提高电池的效率和稳定性。

六、实验总结本实验通过实验操作和数据分析，深入了解了质子交换膜燃料电池的工作原理和性能特点。

同时，也发现了实验中存在的一些问题和改进的空间，如实验装置的稳定性和可靠性，以及对燃料电池材料的进一步优化等。

质子交换膜燃料电池材料的研究及应用随着人们对可再生能源和清洁能源的需求不断提高，燃料电池作为一种新型的能源转换设备也受到了广泛的关注。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用最为广泛的一种燃料电池，其原理是通过将氢气和氧气在催化剂的作用下反应，产生电能和水。

质子交换膜是PEMFC的核心材料，它直接影响燃料电池的性能和稳定性。

因此，研究和开发高性能、高稳定性的质子交换膜材料已成为PEMFC技术发展的关键。

一、质子交换膜的种类目前市场上比较常见的质子交换膜材料有：聚四氟乙烯（PTFE）、氟化磺酸聚合物（PFSA）、聚苯并咪唑（PBI）等。

其中，PFSA是目前应用最为广泛、性能最为优越的质子交换膜材料。

PFSA的共聚物结构中含有苯环，并且与磺酸化的氟碳化合物链相连，具有较好的热稳定性、耐久性和酸碱稳定性。

此外，还有一些新型的质子交换膜材料正在研发中，如磺化聚苯乙烯（SPS）、酸催化聚合物（ACP）、高分子/无机复合质子交换膜材料等。

二、质子交换膜的性能指标质子交换膜材料的性能指标主要包括：质子导电性、耐久性、化学稳定性、热稳定性、机械强度等。

其中，质子导电性是影响燃料电池性能的重要因素之一，质子交换膜的导电性能需要高，同时也需要具备良好的耐久性。

燃料电池在使用过程中，质子交换膜还需要具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度等，以保证其长期运行稳定。

三、质子交换膜材料的研究进展随着质子交换膜材料的研发和制备技术的不断提高，各种新型质子交换膜材料已经出现。

其中，高分子共价网络（CPN）材料是一种非常有前景的质子交换膜材料。

CPN材料是将可溶性高分子与二胺在酸性介质中缩合形成的网状结构，具备优异的导电性和稳定性。

此外，金属有机骨架（MOF）复合质子交换膜材料也备受关注。

MOF具有极高的比表面积和孔隙结构，可以有效地提高质子交换膜材料的导电性能和稳定性。

四、质子交换膜燃料电池的应用前景质子交换膜燃料电池是一种非常环保、高效、低碳的能源转换设备，具备广泛的应用前景。

质子交换膜燃料电池研究章晖【摘要】Proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) has an extensive application respective in EV, portable electronic device, stationary power plant and special power with the advantages of high energy conversion efficiency and quick startup at ambient temperature. The technology and mechanism of PEMFC was researched, and its structure defects were analyzed. It is concluded that to research novel catalysts with high activity and excellent stability is very important for the future fuel cell.%质子交换膜燃料电池(PEMFC)因无电解质腐蚀问题，能量转换效率高，可室温快速启动，在电动车、便携式电子设备、固定电站和军用特种电源等方面都有广阔的应用前景。

研究了质子交换膜燃料电池实用化的技术及机理，对其结构缺陷进行了分析，认为开拓新的催化剂体系，合成出活性更高、稳定性更好的催化剂对于燃料电池来说意义重大。

【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】2页(P763-764)【关键词】质子交换膜燃料电池;燃料电池车;催化剂【作者】章晖【作者单位】海装天津局，天津 300384【正文语种】中文【中图分类】TM911质子交换膜燃料电池因无电解质腐蚀问题，能量转换效率高，可室温快速启动，在电动车、便携式电子设备、固定电站和军用特种电源等方面都有广阔的应用前景。

机动车用质子交换膜燃料电池的研究随着科技的不断发展，汽车已成为人类生活中不可或缺的一部分，而现代汽车的主要动力来源正来自质子交换膜燃料电池（PEMFC）。

质子交换膜燃料电池是一种新型的燃料电池，可以将燃料（H2）和氧气（O2）转换成氢离子（H+）和氧离子（O2-），从而产生电能。

它具有高效率、可持续使用能力和环境友好等优点。

本文将对质子交换膜燃料电池的研究现状进行简要介绍。

首先，本文将介绍质子交换膜燃料电池的结构，包括电极材料、电解质溶液和质子交换膜等。

其次，将介绍质子交换膜燃料电池的工作原理和实际应用情况，前者主要涉及电解质的回收，后者主要涉及机动车的发动机替换。

最后，将探讨质子交换膜燃料电池的不足之处，如电解质溶液的复杂性，以及质子交换膜燃料电池在实际应用中竞争力较低的问题。

质子交换膜燃料电池的结构包括电极材料、电解质溶液和质子交换膜。

电极材料一般由金属片，气体催化剂和电解质组成。

气体催化剂用于加速氧气和氢气的反应，以产生质子和质子流体。

电解质有两种，即正极电解质和负极电解质，其中正极电解质可以将氢离子转换为氢气，而负极电解质可以将氧离子转化为氧气。

质子交换膜是一种半导体结构，是将质子电池中的质子在正负极之间传导的材料。

质子交换膜燃料电池的工作原理是利用电极材料和电解质的反应，将氢气（H2）和氧气（O2）转换成氢离子（H+）和氧离子（O2-），从而产生电能。

为了有效传导质子，将质子电池中的质子和质子流体在电极之间传递，从而实现电解质的有效利用。

质子交换膜燃料电池的实际应用已被广泛应用于机动车的发动机替换，因为其具有高效率、安全性和持续可靠性等优点。

由于该燃料电池噪音小、污染少，因此在汽车电池的应用中越来越受人们的青睐。

尽管质子交换膜燃料电池的研究已取得较大进展，但其在实际使用中尚存在一些缺陷，包括电极结构复杂、电解质溶液复杂、运行成本高、竞争力较低等因素，为机动车发动机替换提供了技术挑战。

因此，进一步研究质子交换膜燃料电池是必要的，最重要的是要提高电极结构的简单性、改善电解质溶液的制备方法，增加质子交换膜燃料电池在机动车发动机替换中的应用能力，提高其竞争力。

质子交换膜燃料电池汽车质子交换膜燃料电池汽车是一种新型的绿色能源汽车，它采用质子交换膜作为电解质，通过化学反应将氢气和氧气转化为电能，从而驱动汽车行驶。

相比传统的内燃机汽车，质子交换膜燃料电池汽车具有许多优势，例如零排放、高效率、低噪音和长续航里程等。

首先，质子交换膜燃料电池汽车是一种零排放的车辆。

它的工作原理是将氢气和氧气在质子交换膜上进行反应，生成水和电能。

因此，质子交换膜燃料电池汽车不会产生任何有害的尾气排放物，对环境非常友好。

在当前全球环保意识日益增强的情况下，质子交换膜燃料电池汽车成为了一种可持续发展的交通工具。

其次，质子交换膜燃料电池汽车具有高效率的特点。

相比传统的内燃机汽车，质子交换膜燃料电池汽车的能量转化效率更高。

在化学反应中，质子交换膜燃料电池可以将氢气和氧气直接转化为电能，而不需要通过燃烧过程产生热能再转化为机械能。

这种直接转化的方式使得质子交换膜燃料电池汽车的能量利用率更高，从而提高了整车的综合能源利用效率。

此外，质子交换膜燃料电池汽车还具有低噪音的特点。

由于其工作原理是化学反应产生电能，而不是通过内燃机的爆燃过程产生动力，因此质子交换膜燃料电池汽车的噪音要比传统的内燃机汽车更低。

这对于城市交通来说非常重要，可以减少噪音污染，改善居民的生活环境。

最后，质子交换膜燃料电池汽车具有长续航里程的特点。

由于其使用的是氢气作为燃料，相比传统的电池电动汽车，质子交换膜燃料电池汽车可以实现更长的续航里程。

同时，充氢的速度也比较快，只需几分钟即可完成充氢操作。

这大大提高了用户的使用便利性，使得质子交换膜燃料电池汽车成为一种更加实用的选择。

总之，质子交换膜燃料电池汽车作为一种新型的绿色能源汽车，具有零排放、高效率、低噪音和长续航里程等优势。

随着环保意识的提高和技术的进步，相信质子交换膜燃料电池汽车将会在未来得到更广泛的应用，并为人们的出行带来更多便利和环保的选择。

质子交换膜燃料电池实验报告一、实验目的本实验旨在研究质子交换膜燃料电池的性能及其应用，通过实验掌握质子交换膜燃料电池的工作原理、构成和性能测试方法，为未来的燃料电池应用提供实验依据。

二、实验原理质子交换膜燃料电池是一种基于氢气与氧气反应产生电能的新型能源装置。

其工作原理是将氢气流经阳极，同时将空气或纯氧气流经阴极，在阳极上发生氢化反应产生质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，与阴极上的电子和空气或纯氧发生还原反应生成水和电能。

其中，质子交换膜扮演着关键角色，它可以选择性地传递正离子而阻止其他离子通过。

三、实验步骤1.准备好所需材料：质子交换膜燃料电池组件、液态水、加热器、温度计等。

2.将液态水注入质子交换膜燃料电池组件中。

3.将质子交换膜燃料电池组件连接到加热器和温度计上，调节加热器的温度使其达到适宜的工作温度范围。

4.连接电路，打开电源，记录并分析质子交换膜燃料电池的输出电流、输出电压、功率等参数。

5.根据实验数据分析质子交换膜燃料电池的性能，包括效率、稳定性等指标。

四、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了质子交换膜燃料电池在不同工作条件下的输出电流、输出电压、功率等参数。

根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.随着温度升高，质子交换膜燃料电池的输出功率有所提高。

这是因为在较高的温度下，氢气和氧气反应速率加快，反应产生的能量也更多。

2.在相同工作条件下，使用纯氧气作为阴极气体比使用空气能够产生更高的输出功率。

这是因为纯氧气中含有更多可用于反应产生能量的氧分子。

3.质子交换膜燃料电池的效率随着输出功率的提高而降低。

这是因为在高功率输出时，部分能量会被转化为热能而无法转化为电能。

4.质子交换膜燃料电池具有较好的稳定性，经过长时间运行后仍能保持较高的输出功率。

五、实验结论通过本次实验，我们深入了解了质子交换膜燃料电池的工作原理和性能表现。

实验结果表明，在适宜的工作条件下，质子交换膜燃料电池具有较高的效率和稳定性，具有广阔的应用前景。

72随着化石能源的日益枯竭及温室效应等环境问题的日益严重，新能源汽车迎来了新的发展机遇，以锂离子电池为核心的纯电动汽车迎来了快速发展阶段，然而人们在寻求更加清洁的能源道路上并没有停歇。

氢能是一种清洁高效、来源广泛的最理想能源之一。

质子交换膜燃料电池（PEMFC ）是以氢气和氧气为原料将化学能转化为电能的装置，是一种高效环保的发电方式，与驱动电机相结合即可成为车用燃料电池发动机。

燃料电池发动机因其在效率、环保、噪声等方面具有明显优势，被认为是新能源汽车的理想动力源之一，燃料电池汽车已成为当今世界的研究热点。

燃料电池汽车是在传统汽车基础上，将传统汽车以发动机与变速箱为核心的驱动系统用燃料电池系统与驱动电机取代的新型动力车辆。

燃料电池系统包括（燃料电池）电堆、空气供给系统、氢气供给系统、水热管理系统及控制系统等，燃料电池系统的结构示意图如图1所示。

经过多年的研究，我国燃料电池发动机已取得较大的成就，当前国内大部分厂家生产的电堆性能指标基本达到了国家燃料电池汽车技术路线图2020年所设定的目标值：电堆功率≥70 kW ；额定功率密度≥3.0 kW/L ；使用寿命超过5 000 h 等。

如捷氢科技M4电堆平台打造的燃料电池产品，功率范围覆盖了30 kW ～230 kW ，额定功率密度可达4.2 kW/L ，使用寿命可达15 000 h 。

国际上以丰田汽车为例，电堆浅析车用质子交换膜燃料电池发动机的关键技术福州职业技术学院　陈家城图1　燃料电池系统的结构示意图功率可达128 kW，额定功率密度可达4.4 kW/L，且已具备量产能力。

本文梳理了燃料电池发动机的关键技术，为汽车维修从业人员学习或研究燃料电池发动机提供参考。

1　电堆关键材料当前燃料电池汽车发展的主要瓶颈之一就是成本问题，燃料电池系统制造成本过高的主要原因是材料及制造工艺成本高。

电堆是氢气与氧气发生电化学反应产生电能的场所，其核心组件是膜电极。

膜电极由质子交换膜、催化层、气体扩散层组成。

调研报告燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转化为电能的装置，其主要特点是能量转换效率高、环境污染小，被誉为21世纪的主要能源之一，是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。

新能源技术被认为是新世纪世界经济发展中最具有决定性影响的领域之一，燃料电池的广阔应有前景已引起了世界各国的高度重视，发达国家政府和大型公司投入巨资支持燃料电池技术的研究和开发，我国政府也将燃料电池技术列入国家科技攻关计划之中。

为此，燃料电池及其相关技术技术的研究与开发成为近些年的热电课题，在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域的应用取得非常有意义的进展。

一国内外燃料电池技术的发展状况1 国际燃料电池技术的发展状况发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。

值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。

燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。

燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。

如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。

燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。

2 中国燃料电池技术的发展状况中国早在20世纪50年代就开展燃料电池方面的研究。

中国在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。

中国政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出百瓦级-30kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。

质子交换膜燃料电池的研究进展及应用前景随着环境保护意识的逐渐提高，对可再生能源的需求也越来越大，质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, 简称PEMFC）因其高效、清洁、可再生的特点，受到了广泛的关注和研究。

本文将对PEMFC的研究进展和应用前景进行探讨。

一、 PEMFC的基本原理PEMFC是一种将氢气和氧气通过阳极和阴极反应产生直流电的电化学装置。

其反应产物是水、热和电能。

PEMFC的基本原理是利用质子交换膜将氢气（H2）和氧气（O2）分别在阳极和阴极进行氧化还原反应，产生电子和质子，电子通过外部电路流动，质子则通过质子交换膜进行传递，在阴极与氧气结合生成水。

二、 PEMFC的研究进展1. 电催化剂的研究电催化剂是PEMFC的重要组成部分，其在反应过程中起着至关重要的作用。

为了提高PEMFC的效率和稳定性，科学家们一直在致力于电催化剂的研究。

近年来，石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架等新型材料被广泛应用于电催化剂的制备。

2. 质子交换膜的研究质子交换膜是PEMFC的另一个关键组成部分，它需要具有高的质子传导率、化学稳定性、高的抗氧化性等特点。

目前，Nafion 是最常用的质子交换膜。

但是，由于其价格昂贵、易受污染等缺点，研究人员一直在寻求更加便宜、更加稳定的替代材料。

3. PEMFC的应用研究PEMFC已经被广泛应用于汽车、燃料电池发电等领域。

其中，汽车用燃料电池是PEMFC应用最为广泛的领域之一。

PEFC 具有高效、环保、低噪音等特点，是传统内燃机的理想替代方案。

随着科技的不断进步，PEMFC的应用前景将会更加广阔。

三、 PEMFC的优势和前景PEMFC具有以下优点：1. 高效：PEMFC将化学能转化为电能，其效率高达50%以上，比传统的发电方式效率更高。

2. 环保：PEMFC的反应产物为水和热，没有污染物的排放，是一种非常环保的能源。

3. 可再生：PEMFC所使用的原材料，如氢气和氧气等，都是可再生的资源。

质子交换膜燃料电池的电化学反应极化机理研究质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 是一种新型可再生能源，具有高效、环保、清洁等优点，越来越受到人们重视。

然而，质子交换膜燃料电池中的电化学反应会产生极化现象，导致电池性能下降，限制了其应用。

本文旨在探讨质子交换膜燃料电池的电化学反应极化机理，为解决极化问题提供理论基础。

1. 质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池是一种基于氢气和氧气的化学反应产生电能的设备。

在这个过程中，氢氧化物 (H2O) 被分解成氢离子 (H+) 和氢气 (H2) ，同时氧气 (O2) 分解成氧离子 (O2-) 。

H+ 和 O2- 之间的电子转移产生电能。

其中，PEM 起到了隔离质子和电子的作用。

2. 质子交换膜燃料电池的极化机理在实际应用中，质子交换膜燃料电池内部的电化学反应会导致电压下降，这种现象被称为极化。

极化包括三个方面的原因：肉眼极化、浓差极化和电阻极化，下文将分别介绍。

2.1 肉眼极化肉眼极化是指质子交换膜燃料电池中反应产物的积累造成的电极表面阻塞现象。

当氧气在电极表面与电子和质子发生反应时，会产生水蒸气和氧化物。

这些产物堆积在电极表面上，阻塞了反应物质的扩散以及质子的传输，导致电子和质子的转移受阻，极化现象加剧。

2.2 浓差极化浓差极化是指质子交换膜燃料电池中质子传输限制造成的极化。

由于反应物质分子在反应过程中需要经过多次扩散和吸附，这使得质子在电极表面的浓度逐渐降低，导致反应速率降低，电池性能下降。

2.3 电阻极化电阻极化是指质子交换膜燃料电池中电阻限制造成的极化。

当电池中的电流传递速度受到限制时，导致电流密度不均匀，从而减少电极反应的有效面积。

电极反应面积减少，反应速度减缓，使得质子传输受到限制，最终导致了极化现象。

3. 消除极化问题的方法为了消除质子交换膜燃料电池中的极化问题，需要采取有效的解决方法。

目前一些解决方案已经被提出，包括催化剂设计、改进偶极烷基膦酸结构、改进质子交换膜结构、改进电流收集器结构等，通过这些措施可以降低极化的发生，提高质子交换膜燃料电池的效率。

质子交换膜燃料电池关键技术研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型的燃料电池技术，它具有高能量密度、低排放、高效率等优点，已成为国际燃料电池领域的研究热点之一。

作为 PEMFC 的关键组件，质子交换膜是这种燃料电池能否实现商业化应用的关键技术之一。

因此，质子交换膜的研究已成为 PEMFC 技术研究的重点之一。

1. 质子交换膜简介质子交换膜是 PEMFC 中的关键组件之一，它是将氢气和空气反应产生的化学能直接转化为电能的媒介，其质量和性能直接决定了 PEMFC 的输出性能和使用寿命。

目前，质子交换膜主要采用的材料是聚四氟乙烯（PTFE）和氟化聚合物等，其主要特点是具有良好的化学稳定性、高温耐受性和电化学活性。

2.质子交换膜的主要问题2.1 水分管理问题作为 PEMFC 中的关键组件之一，质子交换膜的工作需要高水分环境，但是过量的水分会导致质子交换膜膨胀，从而影响PEMFC 输出性能。

同时，水分还会引起PEMFC 中的冷凝水问题，进而导致 PEMFC 短路甚至不能正常工作。

因此，如何有效地管理质子交换膜中的水分成为了质子交换膜研究的重点。

2.2 电化学稳定性问题在 PEMFC 的工作过程中，高温、高压等环境极易导致质子交换膜的失活和降解，从而降低 PEMFC 的使用寿命和输出性能。

此外，不同的燃料、氧化剂反应产生的化学物质和杂质也会对质子交换膜的稳定性造成影响，因此，如何提高质子交换膜的电化学稳定性也是当前 PEMFC 技术研究的难点之一。

3.质子交换膜的研究进展为了解决上述问题，当前 PEMFC 领域的研究人员一直在积极研究质子交换膜的结构设计、材料选择和制备工艺等关键技术。

目前，国内外普遍采用微孔介电质法制备质子交换膜，该方法能够实现微米级别的膜厚度和纳米级别的孔隙结构，从而提高质子交换膜的分子筛选性和水分管理能力。

同时，近年来还涌现出许多新型的质子交换膜材料，如共聚物、离子性高分子等，其在改善质子交换膜电化学稳定性和水分管理方面表现出了优异的性能。

56第1期客车技术与研究BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.12018车用质子交换膜燃料电池堆性能测试方法研究郭婷，吴迪，文醉，梁聪，王芳，樊彬(中国汽车技术研究中心，天津300300)摘要：介绍各国对车用质子交换膜燃料电池堆的测试标准情况,提出针对我国燃料电池堆的检测方 案，主要对其气密性、机械检查、性能测试、冷启动、寿命测试以及关键参数的灵敏度测试的方法进行 详细阐述。

关键词：质子交换膜；燃料电池堆；性能测试中图分类号：U467. 3 文献标志码:A文章编号：1006-3331(2018)01-0056-04 Performance Test of PEM Fuel Cell Stack for Vehicle ApplicationGuo Ting,W u Di,W en Zui,Liang Cong,W ang Fang,Fan Bin(China Autom otive Technology and Research Center,Tianjin300300，China)Abstract :The paper introduces the situation on test standards of proton exchange membrane fuel cell stack for vehicle application,presents the test project aiming at the national fuel cell stacks,and detailedly elabo­rates the test methods about the gas leak detection,mechanical check,performance test,cold starting,du­rability test and the key parameters sensitivity test.Key words：PEM；FC stack；performance testi概述质子交换膜燃料电池作为小型的发电机，因其具 有能量转化率高，操作温度低,产物无污染以及启停 速度快等优点[|]，受到了各国的重视。

NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车车用燃料电池，通常说的是氢燃料电池（质子交换膜燃料电池），是一种通过氢气和氧气进行氧化还原反应，将化学能转换成电能的发电装置。

与一般的电池不同，燃料电池只需要提供稳定的氢气和氧气，即可连续不断的提供稳定电能。

由于燃料电池的反应物是氢气和氧气，唯一生成物是水，应用在汽车上作为动力源能有效减少其它燃油车造成的环境污染问题，也因此，氢燃料汽车被认为是真正环保的新能源汽车[1]。

质子交换膜又被称作质子膜或氢离子交换膜，是一种离子选择性透过膜，它是燃料电池的重要组成部分，能够分隔阴阳极，防止燃料和空气直接混合发生化学反应，传导质子的同时阻碍电子在膜内部的传导，将电子的流动路线限制在外线路[2]。

目前市场上常用的车用氢燃料电池质子交换膜（PEM）按照膜的结构主要可以分为：均质交换膜以及复合、掺杂改性交换膜。

其中均质膜中的氟化质子交换膜的应用最为广泛，其他类型的质子交换膜研究地深入但实际应用相对来说较少。

1　均质质子交换膜均质质子交换膜按照氟化程度的的不同又可以进一步细分：全氟磺酸、部分氟化以及非氟化质子交换膜。

目前全氟磺酸树脂膜（PFSA）是燃料电池应用最为广泛的电解质膜，具有良好的化学稳定性、高的质子电导率且使用寿命长。

Nafi on®是美国杜邦公司在十九世纪六十年代开发的一种全氟磺酸树脂膜[3]，在市场上占有重要地位，Nafi on®的主链为聚四氟乙烯结构，支链为全氟醚结构，支链的末端为磺酸基团（-SO3H），正是这一的结构决定了Nafi on®同时具有良好的化学稳定性以及高的质子电导率[4]。

来自美国杜邦公司的Nafi on®系列产品是最早出现的PSFA产品，除此之外，也有不少化工行业公司设计的质子交换膜均以PFSA作为基材，例如：美国陶氏化学的XUS-B204膜、日本朝日化学的Aciplex膜，国内苏州科润的NEPEM®的N-21系列[5]以及东岳公司的全氟磺酸膜系列产品。

质子交换膜燃料电池的研发与应用质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁、安全的新型能源利用技术，它具有高能量密度、零污染、静音环保等优势，非常适合在汽车、工业和家庭等领域进行广泛应用。

质子交换膜燃料电池的研发与应用，是现代科技的重要领域之一。

在本文中，我们将讨论质子交换膜燃料电池的原理、结构、研发进展和应用前景等方面。

一、质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池采用氢气为燃料，氧气为氧化剂，在质子交换膜的作用下，把氢气和氧气发生反应，产生水和电能。

其主要反应式为：2H2 + O2 → 2H2O + 2e其中，2H2表示2个氢气分子，O2表示氧气分子，2H2O表示2个水分子，2e表示2个电子。

反应中，氢离子（质子）在质子交换膜上传递，电子则通过外部电路产生电流。

整个反应过程中，没有任何污染物和废气排放，能够实现零排放，对环境具有很好的保护作用。

二、质子交换膜燃料电池的结构质子交换膜燃料电池主要由质子交换膜、阴极、阳极等组成。

其中，质子交换膜起到分离阴极和阳极的作用，同时允许质子通过，电子不能通过，保证了反应的效果和效率。

阴极为氧气还原成水分子的场所，阳极为氢气氧化成水分子废弃电子的场所。

三、质子交换膜燃料电池的研发进展随着人们对清洁能源的需求不断增加，质子交换膜燃料电池的研发也在不断深入。

目前，国际上已经有不少厂商成功地应用质子交换膜燃料电池技术，如丰田、本田、戴姆勒等汽车制造商，以及瑞典Vattenfall、德国Siemens等公司。

国内也有不少厂商开始布局质子交换膜燃料电池领域。

比如，江淮汽车与中国神华能源公司合作，成立了质子交换膜燃料电池公司，专注于燃料电池动力系统的研发和生产。

另外，还有比亚迪、北汽、上汽等国内知名汽车厂商，都在加速燃料电池车的开发和生产。

四、质子交换膜燃料电池的应用前景质子交换膜燃料电池技术不仅可以应用于汽车领域，还可以广泛应用于工业和家庭等领域。

随着技术的不断进步，燃料电池的价格也将逐渐降低，实现规模化应用将成为可能。

质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种以氢气为燃料的先进能源技术，被广泛应用于汽车领域。

本文将介绍质子交换膜燃料电池汽车的原理、优势和发展前景。

一、质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池是一种通过质子在电解质膜中传输来转化化学能为电能的装置。

它由阳极、阴极和电解质膜组成。

在阳极，氢气被分解成质子和电子，质子穿过电解质膜向阴极迁移，电子则在外部电路中流动，产生电流。

在阴极，质子和电子再次结合，与氧气发生反应生成水，释放出电能。

二、质子交换膜燃料电池汽车的优势1. 高效清洁：质子交换膜燃料电池汽车以氢气为燃料，经过化学反应后只产生水和热。

与传统燃油车相比，不会排放有害物质，对环境污染更小。

2. 高能量密度：质子交换膜燃料电池汽车的能量密度高，能够提供较长的续航里程。

同时，充电速度快，可以在短时间内完成充氢。

3. 快速启动：质子交换膜燃料电池汽车无需像传统燃油车那样冷启动，即可迅速启动。

在寒冷环境下，质子交换膜燃料电池汽车的性能表现更加出色。

4. 安全可靠：质子交换膜燃料电池汽车具有较高的安全性，电解质膜能够阻止氢气和氧气直接接触，减少了爆炸的风险。

同时，电池系统具有多层安全保护措施，确保了汽车的稳定运行。

三、质子交换膜燃料电池汽车的发展前景质子交换膜燃料电池汽车作为一种新型的清洁能源汽车，具有广阔的发展前景。

1. 政策支持：各国政府相继出台了推动质子交换膜燃料电池汽车发展的政策，包括减税、补贴等措施，促进了市场的发展。

2. 技术进步：随着科技的不断进步，质子交换膜燃料电池的效率和稳定性得到了大幅提升，使得质子交换膜燃料电池汽车更加可靠和实用。

3. 环境需求：随着环境问题的日益严重，人们对清洁能源的需求越来越高。

质子交换膜燃料电池汽车作为一种零排放的车辆，符合人们对环保的追求。

质子交换膜燃料电池汽车以氢气为燃料，具有高效清洁、高能量密度、快速启动和安全可靠等优势。

质⼦交换膜燃料电池的研究第4卷第3期1998年8⽉电化学EL ECT ROCHEM IST RYV ol.4 No.3Aug.1998质⼦交换膜燃料电池的研究葛善海** ⾐宝廉* 徐洪峰韩明邵志刚(中国科学院⼤连化学物理研究所⼤连116023)摘要通过测定电压~电流密度曲线等⽅法研究质⼦交换膜燃料电池的电极参数,构造了E cell=0.7V,I=0.55A/cm2并能够稳定运⾏的燃料电池.改进电池的电极结构,研究了各种操作条件如温度、压⼒、增湿情况、尾⽓流量等对电池性能的影响.关键词质⼦交换膜,燃料电池,电极质⼦交换膜燃料电池(PCMFC)是继碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)⽽发展起来的第五代燃料电池.PEM FC的电极为多孔⽓体扩散电极,以纯铂或碳载铂作电催化剂,电解质为全氟磺酸型固体聚合物,氢⽓为燃料,氧⽓或空⽓为氧化剂.由于PEMFC可以低温起动,⽆电解质腐蚀问题,对环境没有污染以及具有⾼的能量效率和⾼的功率密度[1],PEM FC最有希望成为电动汽车的动⼒源[2],从本世纪⼋⼗年代起,包括美国、加拿⼤、⽇本等许多发达国家竞相开展PEM FC的研究⼯作[3~8].本⽂简介了我们的PEMFC研究结果.1 实验1.1 电池的组装质⼦交换膜燃料电池的结构如图1所⽰,膜、电极三合⼀组件的两侧各放⼀张或数张经憎⽔化处理的拉伸钛⽹或镍⽹,⽹的作⽤是搜集电流.垫⽚为聚四氟⼄烯垫⽚或橡胶垫⽚,两块极板为不锈钢板.1.2 ⼯艺流程质⼦交换膜燃料电池⼯作的⼯艺流程如图2所⽰:氢⽓和氧⽓经减压后进⼊各⾃的增湿器增湿后进⼊电池,电化学反应产物⽔随着尾⽓排出电池,尾⽓经冷却⽓⽔分离后排空,⽔经搜集后排放,电池和两个增湿器的温度分别由温度⾃动控制器控制,外电路系统接可变电阻器以控制电流输出.作电池的循环伏安实验时,外电路系统可与微机连接,微机将⾃动记录电池的循环伏安曲线,微机同样可以记录在稳定电流下,电池电压变化情况.2 实验结果与讨论本⽂1997 07 21收到,1997 09 30收到修改稿* 通讯联系⼈; **现在⼤连理⼯⼤学化⼯学院图1 质⼦交换膜燃料电池结构⽰意图Fig.1 Schematic of PEM F C structure1)anode plate,2、6)gasket,3、5)cur rent collector,4)M &E assembly,7)cathodeplate图2 质⼦交换膜燃料电池⼯艺流程图Fig.2 Schematic diagram of PEM FC test stat ion1)hydrog en cylinder ,2、13)flow meter ,3、12)tube fulled with silica -gel,4、11)trap,5、10)hu midifier,6)cell,7、8、9)temperature controller,14)oxy gencylinder图3 质⼦膜类型不同时PEM F C 电池的电压~电流密度曲线Fig.3 Cell potential vs.current densityplo ts for P EM FC wit h different membraneo)Nafion membr ane,+)Ex chang e membr ane made by Shanghai Inst.of Organic Chem, )HFCT cell =T H2=T O2=353K, a =1.5, c =2.0,p a =0.4M pa,p c =0.6M pa2.1 质⼦膜、电极对电池性能的影响(1)质⼦交换膜对电池性能的影响质⼦交换膜具有双重功能:电解质、隔膜.分别⽤HFC 膜、上海有机所⽣产的膜和Nafion 117膜组装的电池性能如图3所⽰,其铂含量为4m g/cm 2,如图,以H FC 膜、上海有机所膜组装的电池性能明显不如Nafion 117膜所组装的电池性能,原因即在于这两种膜的质⼦导电性不好.(2)电极层对电池性能的影响电化学反应所需反应⽓通过多孔扩散层传递到催化层,电化学反应产物⽔也通过多孔扩散层传递到⽓室中.由于扩散层所担负的作⽤,要求它有⼀定的机械强度,良好的导电性,⽐较⼤的孔隙率;尽可能地薄,并有⼀定的憎⽔性以保证⽓体在⽓相中进⾏扩散.图4⽰出扩散层分别⽤滚压的⿊膜、经憎⽔化处理的国产碳纸或经憎⽔化处理的进⼝⽯墨碳纸作成的电池的极化曲线,催化剂含量为4mg/cm 2.由图中可以看出,以⽯墨碳纸为扩散层的电池性能⽐以滚压⿊膜及国产碳纸为扩散层的电池性能好得多,⽯墨碳纸的孔隙率⼤、孔径⼤、憎⽔性好,有利于排⽔和⽓相传质,⽽滚压⿊膜不仅孔隙率⼩、孔径⼩、憎⽔性也差.300 电化学1998年图4 扩散层材料不同时电压~电流密度曲线Fig.4 Cell po tential vs.current density plots having different diffusion lay erso)graphite carbon paper, )carbon paper made in China,+)rolled car bon black pa perT cell =T H2=T O2=353K, a = 1.5, c =2.0,p a =0.4Mpa,p c =0.6Mpa图5 催化剂含量不同时P EM FC 的电压~电流密度曲线Fig.5 Cell potential vs.current densit y plots for electro de having different catalyst contents+)Pt 6mg /cm 2, )Pt 4mg/cm 2,o )Pt 2mg/cm 2, T cell =T H2=T O2=353K , a = 1.5, c =2.0,p a =0.4M pa,p c =0.6M pa(3)电极催化层对电池性能的影响a)催化剂含量的影响电极的催化层由铂、PTFE 、和Nafion 所构成.图5为催化剂含量不同时电池的极化曲线,Nafion 量为0.6mg /cm 2,PTFE 占铂的分率均为10%.由实验可以看出,随着铂含量的提⾼,电池的性能越来越好,但是,铂含量为4mg/cm 2的电极与铂含量为6mg/cm 2的电极基本相同,从节约催化剂的⾓度看,当采⽤4mg/cm 2的电极为宜若忽略传质的影响,电池的电压E 可以表⽰为[3]E =E O -b log i-R i i(1)E O =E r +b log i 0(2)E r 是电池可逆电动势,i 0是氧还原反应交换电流密度,b 是Tafel 斜率,R i 是欧姆电阻,当活化过电位(主要是氧还原过电位)和欧姆过电位占电势损失的主要部分时,极化曲线可以⽤⽅程(1)、(2)描述.据图5极化曲线,⽤最⼩⼆乘法算出式(1),(2)中的参数E 0,b,R i 列于表1:表1 不同含量催化剂的PEM F C 电极的动⼒学参数T ab 1 K inetic paraneters for the electrodes having different catalyst contents催化剂含量/mg cm -2反应⽓⽓体压⼒/M Pa电池温度/E 0/V b /V.dec -1R i / cm 22H 2/O 20.4/0.680 1.000.0320.554H 2/O 20.4/0.680 1.050.0400.406H 2/O 20.4/0.6801.060.0360.42b)Nafion 含量的影响301 第3期葛善海等:质⼦交换膜燃料电池的研究图6是催化层中Nafion 含量不同时电池的极化曲线,催化剂含量为4mg/cm 2.实验表明,Nafion 含量为0.6mg/cm 2的电池性能⽐较好.在催化剂表⾯涂上⼀层Nafion,⽬的是扩⼤电化学反应⾯积.Nafion 的加⼊量太少,⽴体化效果不好,Nafion 的加⼊量太多时,将引起催化层中部分孔道被堵死.Nafion 层加厚,实际上等于增⼤了质⼦膜的厚度,质⼦传质速率降低.图6 Nafion 含量不同时电池的电压~电流密度曲线Fig.6 Cell potential vs.current densit y plots forelectrode hav ing different N afio n contents +)Nafion 0.6mg/cm 2, )Nafion 0.9mg /cm 2,o )N afion 0.3mg /cm 2T cell =T H2=T O2=353K , a = 1.5, c =2.0,p a =0.4M pa,p c =0.6Mpa图7 PT F E 含量不同时电池的电压~电流密度曲线F ig.7 Cell potential vs.cur rent density plots for electrode having different PT FE contents +)PT FE 10%, )PT FE 15%,o)PT F E 5%,T cell =T H2=T O2=353K , a = 1.5, c =2.0,p a =0.4M pa,p c =0.6M pac)PTFE 含量的影响在催化层中加⼊PTFE,主要是起粘结剂的作⽤和防⽔,PT FE 含量不能太多,否则电阻增⼤,电池性能降低.图7为催化层中PT FE 含量不同时电池的极化曲线,如图可见,PTFE 含量为10%最好.2.2 操作条件对电池性能的影响(1)增湿程度对电池性能的影响图8是当电池电压恒定为0.7V 时,扩散层分别为⽯墨碳纸和国产碳纸的电池的电流密度与阴极、阳极增湿温度的关系.随着增湿温度的提⾼,进⼝反应⽓中⽔蒸汽的饱和度的增加,电流密度升⾼,当增湿度过⼤时,反应⽓体被稀释,从⽽引起电极电位降低,同时阴极过饱和增湿,不利于⽔的排出,从⽽导致阴极侧被⽔浸淹,氧⽓的扩散阻⼒增加.(2)电池温度对电池性能的影响在电池的操作条件中,温度对电池性能的影响⾮常显著.图9为不同温度下电池的极化曲线,表2为根据该温度下电池的极化曲线进⾏拟合的动⼒学参数.从图9和表2可以看到,提⾼温度,E 0基本不变,⽽欧姆电阻R i 显著减⼩,这主要原因是温度提⾼,氢⽓、氧⽓的扩散302 电化学1998年图8 增温程度与电池电流的关系Fig.8 Humidity vs.cell current density plots)g raphite carbon paper,+)carbon paper made in China E cell =0.7V ,T cell =353K, a =1.5, c =2.0,p a =0.4M pa,p c =0.6Mpa图9 不同电池温度下电池的电压~电流密度曲线F ig.9 Cell potential vs.cur rent densit y plots for cellw ith different temper ature+)T cell =95 , )T cell =80 ,o)T cell =50 , a =1.5, c =2.0,p a =0.4M pa,p c =0.6M pa系数加⼤,同时质⼦膜内的⽔扩散系数增加,从⽽质⼦膜内的⽔分布均匀,膜压降减⼩.同时,提⾼温度,有利于⽔的排出,并使电催化剂铂的活性提⾼,电化学反应速率加快.我们的实验还得到,在较⾼的温度(95 )下,电池的性能⽐80 时的好,但温度更⾼,⽔蒸汽分压上升很快,这不仅稀释了反应⽓,更主要的是造成膜的失⽔问题.表2 不同温度下电极的动⼒学参数T ab.2 K inetic parameters for the electro des wit h different cell temperature电池温度/反应⽓⽓体压⼒/M Pa 增湿温度/ E 0/V b /V dec -1R i / cm 250H 2/O 20.4/0.650 1.0000.420.5280H 2/O 20.4/0.680 1.0200.460.4895H 2/O 20.4/0.6951.0120.440.43(3)压⼒对电池性能的影响图10为压⼒不同时电池的极化曲线,表3为根据该压⼒下电池的极化曲线进⾏拟合的动⼒学参数.由图10可以看出,提⾼压⼒,有利于提⾼电池的性能,实际上压⼒提⾼,反应物的浓度提⾼,在相同的过电位的情况下,电流密度提⾼,从⽽电池性能提⾼.303 第3期葛善海等:质⼦交换膜燃料电池的研究图10 ⽓体压⼒不同时电池的电压~电流密度的关系Fig.10 Cell potential vs.cur rent density plots withdiffer ent gas pressure+)p a =0.4M pa,p c =0.6M pa, )p a =p c =0.3M pa,+)p a =p c =0.2M pa, )p a =p c =0.1M pa,T cell =T H2=T O2=353K, a =1.5, c =2.图11 阴极尾⽓流量不同时电流密度F ig.11 Cur rent density w ith different cathode flowr ates+)carbon paper made in China, )rolled carbon black paper,T cell =T H2=T O2=353K , a =1.5,p a =p c =0.4Mpa表3 不同⽓体压⼒下电极的动⼒学参数T ab.3 K inet ic par ameters for the electrodes w ith differ ent gas pr essure电池温度/反应⽓⽓体压⼒/M Pa E 0/V b /V dec -1R i / cm 280H 2/O 20.4/0.6 1.0500.0420.5080H 2/O 20.4/0.4 1.0420.0430.4980H 2/O 20.3/0.3 1.0200.0390.5280H 2/O 20.2/0.21.0110.0380.5180H 2/O 20.1/0.11.0000.400.55(4)阴极、阳极尾⽓流量对电池性能的影响质⼦交换膜燃料电池能否稳定操作的重要条件之⼀就是在于电池中⽔的排出,为了节约燃料⽓和氧化剂,尾⽓排放量不宜太⼤,但排放量⼩对电池的排⽔不利,图11⽰出电池在恒电压下操作,改变阴极尾⽓流量时的电池电流密度,由实验可以看到:阴极尾⽓流量对电池的性能有影响.在 c >16时,电池性能急剧下降,这是因为质⼦膜部分失⽔的缘故.(5)反应⽓体对电池性能的影响以空⽓为氧化剂的燃料电池与以氧⽓为氧化剂的燃料电池其性能有很⼤的差别,由于氧304 电化学1998年图12 氧⽓、空⽓为氧化剂的电池电压~电流密度曲线 F ig.12 Cell po tential vs.current densityplots with ox ygen or air as ox idant +)ox ygen, )air ,T cell =353K , a =1.5, c =2.0,p a =p c =0.4M pa的分压对电池的性能影响很⼤,图12⽰出以空⽓为氧化剂的电池明显不如以氧⽓为氧化剂的电池.在⼤电流密度下,氧⽓通过停滞的氮⽓和反向(整体)流动的⽔向催化层扩散的通量将⼤⼤减⼩,空⽓中的杂质组分等不仅影响扩散速率,也影响氧⽓在催化剂表⾯的吸附.3 结论1.质⼦膜、电极的扩散层的好环对电池的影响很⼤.2.在电极的催化层中,铂含量为4mg/cm 2,PTFE 含量为10%、Nafion 含量为0.6mg/cm 2所构成的电极较好.3.对反应⽓进⾏适当的增湿可以提⾼电池性能.4.⾼温使膜内⽔分布均匀,减⼩膜电阻,并且有利于传质.Study of Proton exchange Membrane Fuel Cells(PEM FC)Ge Shanhai Yi Baolian *Xu Hongfen Han M ing Shao Zhigang(Dalian I nstitute of Chemical Phycics ,Chinese Academy of Science,Dalian 116023)AbstractT he electrode kinetic parameters for proton ex chang e membrane fuel cells(PEMFC)were investigated by measuring the relations of cell potential and current density.An experimental stack of PEM FC w hich can be operated at E c ell =0.7V,I =0.55A/cm 2steadily is presented,and the effects of electrode structure and operation conditions such as temperature,pressure,humidification,flow rate on the performance of PEM FC are discussed.Key wordsProton exchange membrane,Fuel cells,Electrode305 第3期葛善海等:质⼦交换膜燃料电池的研究References1 Srinivasan S.Fuel cells for extr aterrestr ial and terr estrial applicatio ns.J.Electrochem.Soc.,1989,136:41C2 Prater K B.Polymer electrolyte fuel cells a r ev iew of recent dev elopments.J.Power Sources,1994,51:1293 M urphy O J,Hitchens G D,M anko D J.High power density proton ex change membrane fuel cells.J.Pow erSources,1994,47:3534 Wilson M S,Go ttesfeld S.T hin film catalyst lay ers for polymer electroly te fuel cell electrodes.J.Appl.Electrochem.,1992,22:15 Wilson M S,Gottesfeld S.Hig h performance catalyzed membr anes of ultra low P t lo ading s fo r polymer electrolyte fuel cells.J.Electrochem.Soc.,1992,139:L28.6 Ferreir a A C,Srinivasan S,Appleby A J.Ex tended Abstracts of the 181st M eeting of the Electrochemical Society St.Louis,M O,1992,17~227 Y i,N guyen T V.In Pro to n Conducting M embrane Fuel Cells,Gottesfeld S,Halper t S,L angr ebe A.Editors,PV 95 23.T he Electrochemical Society Proceedings series,Pennington NJ.(1995):668 N guyen T V.A g as distributor for proton exchange membrane fuel cells,J.Electrochem.Soc.,1996,143:L103 306 电化学1998年。

浅谈质子交换膜燃斟电池喇久Ｉｑ：Ｂｇ研夯：Ｆ９：１２Ｃ同济大学新能源汽车工程中心周伟上海燃料电池汽车动力系统有限公司何华东［擒要】本文主要介绍了目前燃抖电池耐久性研究方面的研究现状，主要包括耐久性研究的目标和研究方法及进度。

现在耐久性研究方面以美国能源部的氢能计划最为全面和权威，其次是欧盟和日本。

目前研究耐久性的主要实验方法有加速实验法和实际运行实验法，一般以美国能源部的标准实验流程为参考，结合自己需要考察的燃料电池的不同退化机理和影响因素来设计实验。

其中考虑的耐久性影响务件包括燃料杂质、燃料供应不足、温度湿度、冰点以下的环境以及启停循环等。

目前燃料电池耐久性研究的重点主要包括，交换膜、电板、催化剂和气体扩散层等关键部件在上述影响因素下的退化机理和改进措施。

希望能够尽快了解燃料电池的性能退化来源，迅速地提高单电池的耐久性和寿命。

［关键词】质子交换膜燃料电池耐久性退化机理１．引言质子交换膜燃料电池（Ｐｒ０ＩｎｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ，ＰＥＭＦＣ）作为一种工作效率高、环境友好、室温启动快的洁净能源技术，目前已成为能源领域的研究热点之一，同时也被广泛认为是下一代零排放汽车的最佳动力来源。

而最近几年，各国的研究人员最为关注的是其成本控制和可靠性、耐久性问题。

燃料电池耐久性即在一定时间内燃料电池阻止性能长期退化的能力。

耐久性的衰退不会导致突然失效但是却会导致其性能不可逆转的损失，与燃料电池的寿命息息相关。

美国能源部ＦｕｅｌＣｅｌｌＰｒｏｇｒａｍｓ的目标是在２００５年达到１０００小时（性能衰减低于１０％）。

２０１０—２０１５年达到５０００小时”。

日本ＮＥＤＯ（ＮｅｗＥｎｅｒｇｙ＆ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＯ呼ｍｉ枷ｉｏｎ）和欧洲ＨＦＰ（Ｈｙ－ｄｒｏｇｅｎａｎｄＦｕｅｌＣｅｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｌａｔｆｏｒｍ）研究计划对于耐久性也有类似的要求。