燃料电池用质子交换膜退化机理研究进展

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1、电池工业第l5卷第3期锄2O1O年6月燃料电池用质子交换膜退化机理研究进展李俊升，潘牧二(1．武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，湖北武汉430070；2．武汉理工大学燃料电池湖北省重点实验室，湖北武汉430070)摘要：近年来，质子交换膜燃料电池技术随着新研究方法的出现得到了快速的发展。对质子交换膜退化机理的深入理解及对质子交换膜寿命及长期性能的改善已成为质子交换膜燃料电池商业化的前提。因此，相关研究成为目前燃料电池研究的热点。综述了全氟磺酸质子交换膜物理、化学退化机理方面的研究进展及近年来在提高质子交

2、换膜耐久性方面的研究工作。关键词：燃料电池；质子交换膜；退化；耐久性中图分类号：TM911．4文献标志码：A文章编号：1008—7923(2010)03—0187—05RecentprogressondegradationmechanismanddurabilityimprovementoftheprotonexchangemembraneLIJun-shengPANMuf1．StateKeyLaboratoryofAdvancedTechnologyforMaterialsSynthesisandProces

3、sing,WuhanUniversityofTechnology,WuhamHubei430070,China；2．HuBeiFuelcellKeyLaboratory,WuhanUniversofTechnology,Wuhan,Hubei430O7o．ChinaAbstract：Inrecentyears，protonexchangemembranefuelcelltechnologywasimprovedwiththeemergingofnewresearchmethodologies．Theinsigh

4、tintothedegradationmechanismsofprotonexchangemembraneandtheenhancingthelongtermperformanceofthePEMwerethepreconditionforthecommercializationoffuelcell。Relativeresearcheshadbecomeahottopicintheresearchoffuelcel1．Therecentdevelopmentinthedegradationstudiesofth

5、ePEMandmethodstoenhancethedurabilityofthePEMwerereviewedinthispaper．一Keywords：fuelcell；protonexchangemembrane；degradation；durability质子交换膜燃料电池以其低的运行温度以及极收稿日期：2010--04—02高的运行效率在车用电源及基站电源等应用领域表基金项目：湖北省自然科学基金重点项目(2008CDA038)和国家现出了良好的应用前景。近年来，质子交换膜燃料电“863”计划节能与电动

6、汽车重大项目(20o8从11A1o6)作者简介：李俊升(1985一)男，湖北省人，硕士生；导师：潘牧(1964一)池的耐久性问题已经被认为是决定该电池能否商业男，湖北省人，教授。化的重大问题。在质子交换膜燃料电池系统中，电堆Biographies：LIJun-sheng(1985-)，male，candidateformaster；tutor：PANMu(1964一)，male，professor．的电压衰减是燃料电池退化的主要表现。在一系列187VOI_15NO．3电池工业李俊升，等：燃料电池用质子交换膜退化

7、机理研究进展龆．导致电堆衰减的原因中，质子交换膜的退化被认为破坏[4-5]。Tang等人[61详细研究了湿度变化对膜的机械是电堆性能衰减的重要原因。质子交换膜在燃料电性能的影响。他们设计了应力循环实验来确定Nailon池中起着分隔反应气体及传导质子的作用，其质子膜的疲劳应力及湿度变化引起的膜承受的应力。在传导功能的退化，会导致电导率的下降，而膜分隔反膜上施加1．5MPa的循环应力时，膜仍能表现出良好应气体功能的退化，则会导致燃料电池的失效。的尺寸稳定性；当循环应力达到3．0MPa时，膜已经在燃料电池的使用过程中

8、，湿度变化引起的应出现明显的尺寸变化，膜表面开始出现微孑L；当循环力、膜内加湿的不均匀、反应气体的压力等因素会导应力增加至4．5MPa时，膜开始减薄；循环应力进一致质子交换膜的机械性破坏，而在燃料电池运行过步增至6．5MPa时，膜表面出现大量微孔，膜结构受程中，阴极侧生成的双氧水会导致膜的化学性退化。到严重破坏。因此，膜的疲劳应力为1．5MPa，仅为膜对车用燃料电池而言，5000h的使