质子交换膜燃料电池(PEMFC)的原理及应用

　　质子交换膜燃料电池PEMFC的原理及应用梁宝臣田建坐1.天津理工学院生物与化学工程学院。天津300191；2天津大学化工学院。天津372汽车用绿色能源，在航天领域潜艇电动车电站等领域具有广泛的应用前途燃料电池，此1；是种新型的能量转换装置1通过燃料如的电化学闱化和氧化剂如0的屯化学还原1接产生屯流。

　　燃料电池与般的原电池蓄电池不同，它所需由电池外部供给。从理论讲，只要外部连续地供给燃料，燃料电池也就可以不断地输出电能。

　　山于燃料电池发电不经过燃烧过程即燃料电池不是种热机不受卡诺循环的限制，不仅具有很的能量转换效率理论上可大于80而发电过程不会造成环垃沁染。所以燃料电池被公认为21世纪最有前途的清洁能源。

　　燃料电池种类繁多，性能各异，其中质子交换，具有以下些独特的优点无噪声零污染无腐蚀寿命长可达8体膨不怕震动，冷启动快，工作温度低般为60，100使其成为电动汽车的理想能源，亦可作为军用民用便携式电源。具有十分广阔的应月1前。正在成为世界各阳的研兄热点之。

　　工作原理组成，呈明治结构。膜电极很薄厚度般小！是在质子交换膜的两侧分别涂覆定载量的铂基催化剂以及导电多孔透气扩散层多基金项目天津市科委重大攻关项目0031009采用碳纤维纸或碳纤维布所组成，形成燃料电池的阳极和阴极。当电池工作时，膜电极内发生下列过程1反应气体在扩削内的扩散；2反应气体在催化层内被催化剂吸附芥发生电催化反应；3阳极反应生成的质子在固体电解质质子交换膜内传递到对侧，电子经外电路到达阴极。同氧气反应生成水。屯极反应为阳极负极出3阴极正极2，222+H2O电池反应H2IO2 H2O反应物2和2经电化学反应后。产生电流；反应产物为水及少量热。

　　2膜电极河瓦膜电极1以是，肘，暮诵模，善，扩散层催化剂层和质子交换膜组成。催化剂是将钴分散成微小颗粒粒度2nm5 nm负载在高比面的碳黑或石墨上，形成含量为20的乃0催化剂。铂是贵金属，资源稀少价格故贵。1期的脱极，的载量为举1以上，凡的利用率很低。直到90年代，薄膜电极的出现使兄载量大幅度降低近年，随着催化剂制济方法的深入研究。膜电极的乃载姑已降低至塔⑶以下电性能亦得到提。

　　进步降低载铂量；寻找其它价廉的催化剂，押，个同千其它燃料电池之处就于使用固态的质子交换膜作电解质。2，世纪60年代，美公司为膣研制的9间电沉采厂聚苯乙炊磺酸膜。其稳定性导电性均不理恕。使寿命也短。60年代中期美国杜邦公司研制出新型伞闱磺酸膜阶1系列材料将，性能大幅度提。前在15，中使的顷子交换膜94均采用全，化聚介物材料合成。该材料稳定性好使用寿命长。但其制造成本过高，售价昂贵约为，6⑴l2800m2，因此质子交换膜的研究，是减少质子交换膜的用量，朝薄型电解质发展例如以迅12膜取代叱17膜，膜厚度由178降为50，不仅减少了膜的用量，又降低了膜电阻，提高了电池的输出功率。

　　是研制新型的价廉的质子交换膜，如加拿大81014公司开发出适用于电动汽车的氟乙烯聚合物股丁出卿71.161.14.该膜的性能，公司从13204.及心2相当。而膜成木仅5012.

　　系统山多个电体电池纟1成的电堆6也及实现物流燃料氧化剂的处理nba直播吧极速体育jrs_jrs直播王_极速体育NBA直播分配电控水热竹理等诸多硬件和软件构成。典型的4氧仙系统2所小电堆运行时，反应气体2和，2从高压於气瓶中经减压分别通过调玉阀流试计加湿器加湿温后。进入电堆。产生电流。反应产物水，由阴极过量的氧气流带出电堆。未反应器除水，再经过循环泵重新进入电堆循环使用，也可以直接排空。

　　水热管理也是，肘0的重要环节之。的运行温度股作6，19电堆运行时，需要保持定的湿度，反应生成的产物水需要排除。不同形态的水的迁移传输生成凝结，对电堆的稳定运行影响很大。这就产生了的水管理问。通常怙况下。电堆均，使用杂的纯水增湿辅助系统于，湿质交换膜以免电极干死质子交换膜传导质子能力下降。甚至损坏。，时又必须及时将生成的水移走。以防屯极淹死。山于，1在6，9，工作，反应气体进入电堆前需要加，压力压力外，屯推发屯，产生的热量将使电池温度升高。当温度过高时，必须采适当的冷却措施。这些通常用温度控制器控制，或由计算机协调控制。

　　41的应用质子交换膜燃料电池由于具，体税小质量轻功率密度高工作温度低启动快无噪声零污染等优点，具有极代广阔的应用前景，尤其适合做电动汽车的动力源。1995年美时代周下必评选出将在21世纪获得飞速发展并改变人类生活的十大高科技项目，其中第项就是燃料电池汽车。近年来。世界外人汽车公司几乎都加入了开发燃料电池电动汽车的行列，纷纷投入巨资，试尽快开发出，阢产品，投放市场。

　　他们包括美网的，了也巾德国的1.法国的服山。，5等。

　　1997年5，17公司推出了世界上第台使用甲醇屯整制氢装，的1电动汽车。078公司的燃料电动汽车将在2005年前后投入规模牛广。，和德国的801公5加拿大的8以6，1公司合作投资5亿美圆组建1电池发动机公。计划到2005年年产刀台电动汽1.的洲动力电池。2000年悉尼奥运会上，男女马拉松比赛的引导车就足通用汽车全球替代驰动技术中心研制的氢动号概念个。其燃料电池组的总体积仅相当于台普通的汽油发动机。

　　另外。1僵，隹梢杂糜诠潭ㄊ椒⒌缦，统；潜艇；军用民用移动电源；城市洁净电站尽管具有高效，洁，活可靠等优点，但目前高昂的成本限制了其商业化进程，的造价现约为上千8若要大规模地使，必须人幅度地降低成木。1.1公司的研宄明，当其价格降低到5，1时，商业化的春天就会到来。近年来，在各国科学家降。采用新1艺。降低膜电极载铂5.研制廉价质于交换膜，采出新村料新工艺代矜价格吊贵展。可以确信。，的大规模生产和使用将指可待。

　　LlJ吕鸣徉黄长保，宋玉瑾。化学电源1.天津天津大学出版社，199 2陈延禧，黄成德，孙燕宝。聚合物燃料电池的研究陈延禧。聚合物电解质燃料电池的研究进展刀。电源技术，19.2012127.

　　15衣，廉。燃料屯池观状与未农屯源技术，199S接第20页4实验数据实验实时控制明模糊控制调节比简单调节器在相同的阶跃输入下有更快的响应速度，实时常数缩短，且控制量变化范围小，另外由5可模糊控制阶跃响应庄实，优化专数，此，上吓段向上有微弱凹向，是非线性的，因此，特别适用于许多非线性系统。

　　1模糊控制2简单调节5结论模糊调节器对系统调节过程中实时不断优化调切器参数，更好的调节系统以满足系统要求指标。这种方法同样，1器等其它调节器，并且可灵活应用到许多工业控制系统。

　　1张曾科。模糊数学在自动化技术中的应用。北京清华大学出版社，1997.13，166.

　　3王勋先，何克先。感应电机调速系统的鲁棒最优控制刀。控制理论与应用，2000172225230.