氢能燃料电池膜电极制备技师（初级）考试试卷及答案

氢能燃料电池膜电极制备技师（初级）考试试卷及答案一、填空题（共10题，每题1分）1.氢能燃料电池膜电极（MEA）的核心组成部分包括质子交换膜、______和气体扩散层（GDL）。2.质子交换膜的主要作用是传导______离子，阻隔电子和气体。3.膜电极制备中，催化层的常用制备方法有喷涂法、______和转印法。4.气体扩散层（GDL）通常由碳纸、碳布和______组成，用于均匀分布气体。5.催化层中铂（Pt）基催化剂的主要作用是降低______反应的活化能。6.膜电极制备过程中，需控制的关键环境参数包括温度和______。7.质子交换膜的厚度一般在______μm左右（常见范围）。8.催化层的负载量通常用______（单位）来表示。9.膜电极热压工艺的目的是增强各层之间的______。10.燃料电池中，MEA的阴极催化层主要发生______反应（填“还原”或“氧化”）。二、单项选择题（共10题，每题2分）1.以下哪种材料常用于质子交换膜？A.聚四氟乙烯（PTFE）B.全氟磺酸树脂（Nafion）C.聚乙烯D.聚丙烯2.催化层制备中，若要提高催化剂利用率，通常采用的方法是？A.增加Pt负载量B.减小Pt颗粒尺寸C.降低温度D.增加湿度3.气体扩散层的微孔层（MPL）主要作用不包括？A.增强气体扩散B.提高水管理能力C.增加膜的厚度D.改善接触电阻4.膜电极制备中，喷涂法的优点不包括？A.均匀性好B.适合批量生产C.操作简单D.成本极高5.以下哪种是MEA的关键性能指标？A.重量B.颜色C.电压密度D.长度6.质子交换膜的耐温范围一般不超过？A.80℃B.120℃C.150℃D.200℃7.催化层中，Nafion的作用是？A.传导质子B.传导电子C.催化反应D.扩散气体8.膜电极热压时，压力一般控制在？A.0.1-0.5MPaB.1-5MPaC.10-20MPaD.50-100MPa9.以下哪种不是MEA制备的常见缺陷？A.催化层不均匀B.各层结合紧密C.膜破损D.微孔层缺失10.燃料电池中，MEA的阳极催化层发生的反应是？A.H₂→2H⁺+2e⁻B.O₂+4H⁺+4e⁻→2H₂OC.H₂O→H⁺+OH⁻D.无反应三、多项选择题（共10题，每题2分）1.MEA的核心组成部分包括？A.质子交换膜B.催化层C.气体扩散层D.外壳2.催化层常用的制备方法有？A.喷涂法B.转印法C.刮涂法D.电镀法3.质子交换膜的性能要求包括？A.高质子传导率B.低气体渗透率C.高机械强度D.低耐化学性4.气体扩散层的材料要求包括？A.高导电性B.高孔隙率C.高机械强度D.低疏水性5.膜电极制备中，影响催化层均匀性的因素有？A.喷涂参数B.浆料浓度C.环境湿度D.催化剂种类6.以下哪些是MEA的性能测试指标？A.电压-电流密度曲线（IV曲线）B.功率密度C.使用寿命D.重量7.催化层中Pt基催化剂的特点包括？A.催化活性高B.成本高C.易中毒D.导电性差8.膜电极热压工艺的参数包括？A.温度B.压力C.时间D.湿度9.以下哪些是MEA制备的质量控制要点？A.催化层负载量均匀性B.质子交换膜完整性C.各层结合力D.外观尺寸10.燃料电池中，MEA的水管理相关因素包括？A.质子交换膜含水量B.气体扩散层疏水性C.催化层孔隙率D.环境温度四、判断题（共10题，每题2分）1.质子交换膜只传导质子，不传导电子。（）2.催化层中Pt颗粒越大，催化活性越高。（）3.气体扩散层的微孔层（MPL）可以省略。（）4.膜电极制备中，喷涂法比转印法更适合批量生产。（）5.全氟磺酸膜（Nafion）的耐温可达150℃以上。（）6.催化层的负载量越高，MEA性能越好。（）7.热压工艺可以增强MEA各层之间的结合力。（）8.MEA的阴极催化层发生氧化反应。（）9.气体扩散层的碳纸比碳布导电性更好。（）10.MEA制备过程中，环境湿度对催化层质量无影响。（）五、简答题（共4题，每题5分）1.简述氢能燃料电池膜电极（MEA）的核心组成及各部分作用。2.膜电极制备中，喷涂法的主要步骤是什么？3.简述质子交换膜的性能要求。4.膜电极制备中，热压工艺的目的和关键参数是什么？六、讨论题（共2题，每题5分）1.分析催化层Pt负载量对MEA性能的影响，以及如何平衡负载量与成本？2.讨论膜电极制备中常见的质量缺陷及解决方法。---参考答案一、填空题1.催化层2.氢（或质子）3.刮涂法（或丝网印刷法）4.微孔层（MPL）5.电化学反应（或氢氧反应）6.湿度7.25-100（或50）8.mg/cm²（或μg/cm²）9.结合力10.还原二、单项选择题1.B2.B3.C4.D5.C6.A7.A8.B9.B10.A三、多项选择题1.ABC2.ABC3.ABC4.ABC5.ABCD6.ABC7.ABC8.ABC9.ABCD10.ABCD四、判断题1.√2.×3.×4.√5.×6.×7.√8.×9.√10.×五、简答题1.MEA核心由质子交换膜、催化层、气体扩散层（GDL）组成。①质子交换膜：传导质子，阻隔电子和气体，防止阴阳极短路；②催化层：含Pt基催化剂，降低氢氧反应活化能，加速电化学反应；③GDL：碳纸/布+微孔层，均匀分布气体、导出电子、管理水热。三部分协同实现发电，是燃料电池核心单元。2.喷涂法步骤：①制备催化浆料：催化剂（Pt/C）+Nafion溶液+溶剂超声分散；②预处理基底（膜/转印膜）；③喷枪均匀喷涂，控制压力、距离、速度；④低温烘干（60-80℃）去溶剂；⑤热压结合GDL。优点是均匀性好，需控浆料浓度和环境参数。3.质子交换膜要求：①高质子传导率；②低气体渗透率（防H₂/O₂混合）；③高机械强度（耐受压力拉伸）；④耐化学性（酸碱/氧化还原）；⑤合适含水量（维持传导率）；⑥低电子导电性（防短路）。直接影响MEA寿命和效率。4.热压目的：增强各层结合力，减少接触电阻，提高密封性。关键参数：①温度80-120℃；②压力1-5MPa；③时间1-5min；④冷却方式（随炉/快速）。需匹配膜材料，避免结合差、膜破损。六、讨论题1.Pt负载量影响：过低→活性不足，功率低；过高→成本剧增，颗粒团聚，利用率降。平衡方法：①优化催化剂结构（核壳、多孔载体）；②控制备工艺（喷涂均匀，避免过厚）；③匹配工况（乘用车/stationary调整负载）；④探索低Pt/非Pt催化剂（Pt-Co合金