车用高性能膜电极开发与耐久性研究

倪蕾蕾

（上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海 200070）

0 引言

质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于其工作温度低、启动快、比功率高等优点，特别适合作为电动汽车和发电设备的动力源[1]。膜电极（Membrane Electrode Assembly，MEA）是PEMFC发生电化学反应的场所，是PEMFC的心脏。国家标准《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》[2]提出，膜电极对燃料电池寿命至关重要。本文首先开发基于车用的高性能膜电极，并对其进行方波电势循环、相对湿度循环、稳态OCV循环和模拟车况循环等耐久性[3-5]测试。

1 高性能膜电极（MEA）开发与性能测试

MEA由质子交换膜、催化层（CCM）以及气体扩散层（GDL）组成。本文通过对催化层和气体扩散层进行工艺和配方优化，得到最优车用的高性能膜电极，对其进行性能测试。

1.1 高性能膜电极（MEA）的制备

针对膜电极的工作特性，通过对催化层的不同区域引入不同的催化层浆料配方，在不同区域进行相应定制化的电极反应，并对气体扩散层的不同区域引入不同质量的微孔层，以改善膜电极的运行状况和低温环境适应性等特性，提高膜电极放电效率[6]。

将一定量的催化剂、分散剂以及Nafion溶液混合均匀后，制备成不同的催化剂浆料，将不同配方的催化剂浆料通过超声喷涂工艺直接涂覆在质子交换膜的不同区域，得到定制化化的CCM。将碳纸在一定浓度的PTFE乳液中浸泡、阴干并高温烧结后，再制备含有PTFE乳液和碳粉的微孔层浆料，称取不同质量微孔层浆料涂覆经过烧结的碳纸的不同区域上。……