氢燃料电池管理是一种以氢为燃料，通过电化学反应直接将燃料中的化学能量转化为电能的发电系统装置。它具有一定的能量转化效率高、零排放、无噪音等优点。它是氢能转化为电能利用的关键载体。在新能源革命的推动下，世界各国都非常重视氢燃料电池技术，支持低碳清洁的发展模式。
根据电解质的种类，常用的氢燃料动力电池可以分为：碱性燃料电池（AFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。各种类型的燃料电池都有相应的燃料种类、质量比功率和面积比功率性能，其中，质子交换膜燃料电池具有启动时间短、操作温度低、结构紧凑、功率密度高等优点。
氢气通过阳极集流板上的气体通道穿过扩散层，到达阳极催化剂层后，在铂催化剂的作用下，发生阳极反应。随后H+进入质子交换膜，到达阴极。同时，阴极的氧气也从集流板通过阴极扩散层到达阴极催化剂层，并与交换而来的H+在铂的催化作用下发生阴极反应。
膜电极（MEA）是氢燃料动力电池管理系统的核心技术组件，质子交换膜燃料电池由阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极气扩散层组成，MEA决定了氢燃料电池的功率密度、耐久性和使用寿命。研制高性能、低Pt载量、低成本、长寿命的MEA对于加速PEMFC商业化进程具有非常重要的意义。
01质子交换膜
质子交换膜（PEM）：主要为全氟磺酸型（Nafion）阳离子交换膜，属于固体聚合物电解质。利用碳氟主链的疏水性和侧链磺酸端基的亲水性，实现PEM在润湿状态下的微相分离，具有质子传导率高耐强酸强碱等优异特性。代表性产品有美国杜邦公司的Nafion系列膜、科慕化学有限公司的NC700膜、陶氏集团的Dow膜、3M公司的PAIF膜，日本旭化成株式会社的Aciplex膜、旭硝子株式会社的Flemion膜，加拿大巴拉德动力系统公司的BAM膜这些膜的差异在于全氟烷基醚侧链的长短、磺酸基的含量有所不同。
02催化层
催化层（Catalyst layer，CL）：主要为Pt催化剂反应场所，将质子传递至质子交换膜。在氢燃料电池的电堆中，电极上氢的氧化反应和氧的还原反应过程主要受催化剂控制。催化剂是影响氢燃料电池活化极化的主要因素，被视为氢燃料电池的关键材料决定着氢燃料电池汽车的整车性能和使用经济性。催化剂选用需要考虑工作条件下的耐高温和抗腐蚀问题，常用的是担载型催化剂Pt/C(Pt纳米颗粒分散到碳粉载体上)但是Pt/C随着使用时间的延长存在Pt颗粒溶解迁移、团聚现象，活性比表面积降低难以满足碳载体的负载强度要求。Pt是贵金属，从商业化的角度看不宜继续作为常用催化剂成分，为了提高性能、减少用量，一般采取小粒径的Pt纳米化分散制备技术。
03气体扩散层
气体扩散层（Gas diffusion layer，GDL）：输送气体和反应物，支撑催化层，传递电流。GDL由微孔层、支撑层组成，起到电流传导、散热、水管理、反应物供给的作用，因此需要良好的导电性、高化学稳定性、热稳定性，还应有合适的孔结构、柔韧性、表面平整性、高机械强度，这些性能对催化剂层的电催化活性、电堆能量转换至关重要，是GDL结构和材料性能的体现，微孔层通常由碳黑、憎水剂构成厚度为10~100um，用于改善基底孔隙结构、降低基底与催化层之间的接触电阻、引导反应气体快速通过扩散层并均匀分布到催化剂层表面、排走反应生成的水以防止“水淹”发生。
氢燃料电池是氢能应用过程中不可或缺的关键载体之一，但高效率、低成本，长寿命的氢燃料电池关键技术仍面临许多挑战。一是在膜电极的材料上，需要摆脱依赖进口。大力研发具有自主知识产权的国产全氟磺酸质子交换膜、催化剂和气体扩散层材料，同时在保证性能的情况下，尽可能的降低生产成本从而具备竞争优势。二是在材料的机理研究方面，需要进⼀步深入理解氢燃料电池的能量转换机制，为氢燃料电池的设计提供理论依据。三是开发更多的燃料电池实际应用场景，加快氢燃料电池的实际成果应用，从而推动整个氢能的产业发展。
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