毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.1质子交换膜燃料电池的概述

随着石油、煤炭等自然资源的日趋枯竭，燃料电池以其全新、高效、节能、清洁等优点，被认为是21世纪最重要的新能源技术。而质子交换膜（Proton Exchange Membranes,PEM)燃料电池作为燃料电池的一种，因其具有比功率大、无腐蚀、无污染、工作温度低、启动迅速等优点，已经成为能源领域研究的热点之一^[1]。

1.2质子交换膜燃料电池的研究背景

中国燃料电池的研究始于1958年 ，为了解决我国火力发电的过程中排出大量烟气、灰渣、噪声大和资源消耗大等对环境造成的严重危害 。质子交换膜燃料电池作为一个潜在的可再生能源,由于它可以提供了一个减少二氧化碳排放的长期解决方案，能减少对化石燃料的依赖，提高了能源效率而被广泛应用 。质子交换膜燃料电池的热负荷大，工作温度低 ，也不用考虑电池的腐蚀和电解质的泄露等问题。其关键部位质子交换膜是一种选择透过的功能高分子膜 ，曾用过聚苯乙烯磺酸型膜、酚醛树脂磺酸膜、聚三氟苯乙烯磺酸型膜和全氟磺酸型膜等，其中全氟磺酸型膜被认为是最合适的电解质 。全氟磺酸型膜有力学强度高、化学稳定性好，离子电导大（含水率较大时）等优点，同时它也有很大的局限性 。它采用Pt系电催化剂，操作温度在60～100之间，在此温度下CO对Pt金属是一种非常强的毒物，CO含量高会导致阳极催化剂因CO中毒而失活，从而使得质子交换膜燃料电池的性能大幅度降低 ，所以必须将氢气中的CO的含量降低到100ppm以下,其中一氧化碳优先氧化（CO-PROX）是除去CO最简单有效的方法 。过渡金属硫族化合物具有与20% Pt/C催化剂相当的电催化活性和稳定性，且其电催化选择性优于20%Pt/C催化剂 。而Pt的价格昂贵以及Pt催化剂对氧还原反应较慢的动力学、资源少严重阻碍了燃料电池商业化的应用进程 ，因此，开发导电性能优良、成本低、甲醇渗透率低的新型质子交换膜就成了现在研究的热门 。

1.3质子交换膜燃料电池工作原理

质子交换膜燃料电池都是以电池堆的形式应用。电池堆根据需要的不同，由多个单电池组成。典型的质子交换膜燃料电池单电池组成如图1所示。质子交换膜燃料电池主要是由质子交换膜、催化剂层、扩散层、双极板和密封圈组成，其中质子交换膜、催化剂层和扩散剂层组成一体，也称为膜电极装置（Membrane Electrode Assembly,MEA），又称膜电极三合一组件 。它是燃料电池的核心，对质子交换膜燃料电池的性能起到了关键的作用。而作为燃料电池关键部件的质子交换膜，起到了传导质子和分隔阴、阳极室的双重作用 。

图１　质子交换膜燃料电池单体组成

一个典型的质子交换膜燃料电池有如下反应 ：