1。2质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为燃料电池的一种，它的发电机理与化学电池一样。阳极发生还原反应，催化氧化剂；阴极发生氧化反应，催化燃料；而电极则作为导体，负责电子的转移。导电离子在电解质中移动，通过外电路做工，构成一个完整的电路。质子交换膜燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板。下图为PEMFC工作原理图

图1-2质子交换膜燃料电池工作原理图

固体氧化物燃料电池的阴阳极反应和酸性电解质燃料电池很相似，在阳极都是氢气中氢原子失去电子形成氢离子：H2→2H++2e-，这个反应中，氢原子失去的电子经过外电路移动到阴极，而氢离子则经过质子交换膜移动到阴极。阴极的反应则是氧化反应：1/2O2+2H++2e-→H2O。反应生成的水不会和电解质一起，而是从电极中随着尾气一起排出。

1。3质子交换膜燃料电池的关键材料

从上图中的质子交换膜燃料电池工作示意图中可以看出，电池主要包括四个组成部分：电催化剂、电极、质子交换膜和双极板。

1。3。1催化剂

质子交换膜燃料电池属于常温电池，它的正常工作温度小于100℃，因此它的催化剂并不需要具有高温性能。目前使用最多的催化剂材料是铂（Pt）。但是由于铂的昂贵，因此不能直接将铂作为催化剂，需要将铂以纳米的形式承担到高比表面积、导电的C单体上，来制作催化剂，从而提高铂的利用率。而制作Pt/C催化的剂的方法很多，这其中既有物理方法，也有化学方法。这其中由于物理方法起步慢，因此大多数方法还不成熟。但是即便是成熟的化学方法，也不能做到完美。由于制作Pt/C中的局限性，Pt承担量远远达不到氧电极的要求，这就使得氧电极的催化剂活性偏低。因此科学家们又开始研究Pt-M/C材料来做催化剂，以进一步提高催化效果。与此同时，因为如果电池的燃料为重整气时，CO含量会使Pt中毒，失去催化效果。根据这一点，抗CO中毒的催化剂材料又成为了开发热点。来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-

1。3。2质子交换膜燃料电池电极

质子交换膜燃料电池的电极为气体扩散电极。它主要分为两部分，催化层和扩散层。催化层根据厚度可以分为三种。最厚的那种催化层是有PTFE和Pt/C催化剂组成，厚度为20到50μm。其次是由质子交换树脂和Pt/C催化剂组成，这种催化层厚度小于5μm。最后的催化层厚度仅为几十纳米，它是通过磁控溅射的方法将Pt或Pt的合金溅射到扩散层上来构成催化层。上述三种催化层中，最常用的是第一种。其次科学家们还在开发开发更好的催化层，来提高反应气气相传质，增加催化层质子电导。