质子交换膜燃料电池简介

质子交换膜电池,PEMFC是以氢气/氧气为燃料和氧化剂的发电装置。,质子交换膜燃料电池,与其它种类燃料电池一样，由阴极、阳极和电解质隔膜与双极板构成，其中的电解质隔膜使用的是质子交换聚合物膜。,PEMFC的结构,PEMFC的结构示意图A双极板；B垫圈；C膜电极,电池单体主要由膜电极和双极板组成。膜电极中间为质子交换膜，膜的两边是催化剂层和扩散层。,一个PEMFC本体由若干个电池单体组成。,双极板,由极板和流场组成，是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。 目前主要有石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板。,全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。,复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。,柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。,质子交换膜在这里起到分隔燃料和氧化剂、传导质子的双重作用。,离子交换膜,定义： 一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。,离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物膜五种类型。,氢气通过双极板上的导气通道到达电池的阳极，通过电极上的扩散层到达质子交换膜，在阳极催化剂的作用下发生阳极反应：,H22H+2e-,工作原理,同理，在电池另一端，氧气或空气到达质子交换膜。同时，氢离子与质子交换膜发生质子交换产生的氢离子到达阴极，电子通过外电路也到达阴极，在催化剂作用下，发生反应：,工作原理,工作原理,1/2O2+2H+2e-H2O,可以看出，整个内部环境呈酸性，同时，在阴极氧化还原反应过程中有H2O2中间体形成，其存在对质子交换膜有氧化作用，使膜在使用过程中易发生降解，影响电池寿命。,工作原理,综上，要求PEMFC用的质子交换膜具有下列性质：,（1）气体渗透性低，以起到阻隔燃料和氧化剂的作用；（2）高的质子传导率，保证在高的电流密度下，膜的欧姆电阻降低；（3）较好的化学和电化学稳定性，如：耐酸碱性、耐氧化性等。,质子交换膜的选择,PEMFC不仅具有一般燃料电池所具有的高效率、无污染、无噪音、可连续工作的特点，而且还具有功率密度高、工作温度低、启动快、膜的耐腐蚀性强、使用寿命长等优点。,应用前景,因此，近年来PEMFC的开发和应用迅速地发展，已经形成热潮，研究成果不断出现，商业化进程正在加快。,最早于1960年被用作双子星座宇宙飞船的电源，目前已接近实际应用阶段，已经被公认最有希望成为航天、军事、电动车和区域性电站的首选电源。,应用前景,小型移动电源,最大质子交换膜燃料电池示范电站落户广州,其中，根据其工作原理和结构，质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏直接影响电池的使用寿命。迄今最常用的质子交换膜是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，但仍存在着缺点，如成本高、对温度和含水量要求高等，因此，质子交换膜的材料