燃料電池CCM膜電極介紹及性能要求
2021-09-16 00:00
燃料電池是將化學能轉換為電能的在線發電機，突破了傳統內燃機的效率限制，因此燃料電池發動機被認為是今后重要的汽車動力裝置的發展方向。燃料電池單體內部重要的部件是CCM膜電極。
CCM膜電極組件(MEA)也被翻譯成膜電極，是燃料電池發展的關鍵組成部分，膜電極及其兩側的雙極板構成燃料電池單個電池，該電池是燃料電池的基本單位。在實際應用中，根據設計需要，可以將多個單個電池組合成燃料電池反應堆，滿足不同大小的功率輸出需求。
CCM膜電極的工作過程可以分為以下幾個階段。
氫氣通過陽極極板的氣體流場到達陽極，通過電極的擴散層到達陽極催化層，吸附在陽極催化層上，氫氣在催化劑鉑的催化下分解成兩個氫離子，即質子H，并釋放兩個電子。
高性能膜電極具有以下特性：
(1)都可以縮減空氣的傳遞阻礙，使化學反應空氣從傳播層順利到金屬催化劑層，造成電極反應。這個是增強單位范圍和單位品質的金屬催化劑的化學反應特異性。為此，空氣傳播電極材料應擁有合理的疏水性，使化學反應空氣就能夠經過較短的入口流暢地到金屬催化劑，同一時間保障轉化的生成物水就能夠浸 濕復合膜，過多的水就能夠流出預防堵住的空氣入口。
(2)生成較好的離子通道，縮減正離子傳遞的阻礙。質子交換膜氫燃料電池運用固態電解質溶液，磺酸根穩固在質子交換膜樹酯上，不被電極材料鎖上，為此化學反應要在電極材料金屬催化劑層內確立反質子入口。為此，需要采用電極催化層的立體化技術，即使用Nafion樹脂浸漬或噴涂催化層組成的親水網內建立Nafion樹脂組成的H傳導網絡。
(3)CCM膜電極形成良好的電子通道，MEA中碳催化劑是電子的良好導體，但Nafion和PTFE的存在將對電導率產生一定的影響，在滿足離子和氣體傳導的基礎上也要考慮電子傳導能力，綜合考慮，以提高MEA的整體性能。
(4)氣體擴散電極要保證良好的機械強度和導熱性
(5)CCM膜電極膜質子導電性高，能很好地阻斷氫氣和氧氣，防止相互竄流，化學穩定性、熱穩定性、水解性好
從上面的分析可以看出，關鍵是要綜合考慮準備高性能膜電極和準備MEA的材料。材料本身的性能與制備膜電極的工藝條件相結合，可以滿足膜電極的性能要求。
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