質子交換膜燃料電池膜電極制備方法及部分改進策略

田 甜 ，鄭俊生 ，馬建新 ，3

（1華東理工大學資源與環境工程學院，上海 200237；2同濟大學（嘉定校區）新能源汽車工程中心，上海 201804；3同濟大學（嘉定校區）汽車學院，上海 201804）

燃料電池是通過電化學反應將儲存在反應物中的化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置，其中不涉及熱機的燃燒過程。燃料電池由于具有環境友好、能量密度高、室溫下可快速啟動和可靠性高等優點[1]，有望替代內燃機而應用在汽車領域。美國通用汽車公司（General Motors，GM）已經開發了幾代燃料電池汽車，電池的Pt使用量已由第四代的0.85 g/kW降到第五代的0.32 g/kW，計劃到2015年將Pt使用量再進一步降低到0.11 g/kW以下，并實現第五代燃料電池汽車的商業化[2]。

與其它燃料電池相比，質子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）的工作溫度相對較低，適合用作電動車載、便攜式和住宅用電源[3]。膜電極（membrane electrode assembly，MEA）是PEMFC的核心部件，它是電化學反應發生的重要場所，主要由氣體擴散層（gas diffusion layers，GDLs）、催化劑層（catalyst layers，CLs）和膜組成。由于電化學反應的發生需要各個組成部分的協調配合，所以膜電極的制備方法、組裝工藝、物化特性、使用材料和運行條件等都會對PEMFC的性能產生重要影響。成本和壽命問題一直是制約PEMFC實現商業化的瓶頸，研究者們力求在不影響電池性能的前提下，通過降低催化劑使用量，優化膜電極制備工藝來進一步拓寬PEMFC的應用范圍。

本文以提高PEMFC性能為出發點，綜述了有關MEA組成部分和運行條件優化的研究進展。

1 膜電極的制備方法

根據MEA制備過程中催化劑層支撐基體的不同，常將膜電極的制備方法分為催化劑制備到基體上（catalyst-coated substrate，CCS）和催化劑制備到膜上（catalyst-coated membrane，CCM）法兩種。……