燃料电池的关键_侯明_衣宝廉详解.pdf

科技导报2016，34（6） 燃料电池的关键技术 侯明，衣宝廉 116023 中国科学院大连化学物理研究所，大连 摘要 以燃料电池技术链为主线，叙述燃料电池关键材料与部件、电堆、系统存在的问题、发展现状与研究热点。关键材料包括 催化剂、离子交换膜、气体扩散层；电堆关键部件包括膜电极组件、双极板等；系统部件包括空压机、增湿器、氢回流泵、氢瓶等。 关键材料与部件的成本与耐久性是燃料电池汽车实现商业化的基础。中国燃料电池部分技术指标已经达到或超过全球同类商 品的水平，需要鼓励产业大力投入，建立批量生产线，促进中国燃料电池技术进步。 关键词 车用燃料电池；电动汽车；燃料电池技术链 1 车用燃料电池技术链 膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路 1 燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转 作功，反应产物为水（图 ）。燃料电池单电池包括膜电极组 MEA 化为电能的发电装置。按其电解质不同，常用的燃料电池包 件（ ）、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应 PEMFC 括质子交换膜燃料电池（ ）、固体氧化物燃料电池 的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组 SOFC MCFC 0.7 V （ ）、熔 融 碳 酸 盐 燃 料 电 池（ ）、磷 酸 燃 料 电 池 成。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为 左右， PAFC AFC （ ）和碱性燃料电池（ ）等。其中质子交换膜燃料电 实际应用时，为了满足一定的功率需求，通常由数百节单电 池操作温度低、启动速度快，是车用燃料电池的首选。 池组成燃料电池电堆或模块。因此，与其他化学电源一样， 燃料电池发电原理与原电池或二次电池相似，电解质隔 燃料电池电堆单电池间的均一性非常重要。 （a） （b） 图1 燃料电池工作原理 与原电池和二次电池不同的是，燃料电池发电需要有一 燃料电池工作方式与内燃机类似的，其燃料是在电池外 2 相对复杂的系统。典型的燃料电池发电系统组成如图 所 携带的，而原电池及二次电池的活性物质是封装在电池内 示，除了燃料电池电堆外，还包括燃料供应子系统、氧化剂供 部，燃料电池所用的氢气可以像传统车汽油一样充装速度 应子系统、水热管理子系统及电管理与控制子系统等，其主 快，只需要几分钟时间，显示出比纯电动汽车较大的优势；另