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质子交换膜燃料电池开发现状 任学佑 （北京有色金属研究总院， 北京 “ “ “ ） 摘要综述单体质子交换膜燃料电池的技术现状， 介绍国内外 “ 的研究进展， 展望质子交换膜燃料电池技术的发展前景。 关键词二次能源； 质子交换膜燃料电池； 综述； 催化剂； 电极； 质子交换膜； 电解质； 双极板 中图分类号 8） ； 0 , , - , , 公司、 加 拿大 A B B A C D公司、 荷兰“ E公司、 日本东芝、 美国联 信公司、 德国 2等用等离子体散射技术在1 2 , A电解质膜 两侧表面直接沉积一层超薄铂层， 铂载量达到了 9 . 9 5 ; ／ ; 6， 扩大了气体的反应面积， 铂催化剂的利 用率提高了近 9倍。 成功研制出取代铂的二元合金铂B镍、 铂B钴和铂B 铬等二元合金新材料。这些二元合金的催化活性提 高了6 倍。C A , ;等人为了提高铂电催化 活性， 往二元合金中添加* 0， 研制出了三元合金“ B * 0 B 、“ B * 0 B A、“ B * 0 B E、“ B * 0 B 1 ,和“ B * 0 B ’三元 合金， 发现含铂的三元合金作催化剂的电池比纯铂电 池表现出了更高的电池性能。 在中毒情况下仍保持了活性。催化剂在与 、 6和重整气中的一些污物接触， 会导致其中毒， 失 去活性， 广泛使用的是能够抗 中毒的“ 公司研究这类电池， 使3 2 L L 2 E M “ N 0 E - O 0 ;公司成为当今世界“ * 研究与开发 的先驱， 其“ * 产品代表了当今的研究方向和最 高水平。在这样的情况下， 美国将“ * 技术列为 涉及国家安全技术之一， 日本政府认为“ * 技术 是6 世纪能源环境领域的核心， 加拿大计划将“ B * 发展成国家的支柱产业 ［ P 6］ 。 “ 国内“ * 的开发现状 国内研制“ * 的单位很多， 据不完全统计， 计有中科院大连化物所、 长春应化所、 上海有机所、 清 华大学、 北京石油大学、 北京理工大学、 天津大学、 上 海交大、 复旦大学、 上海大学、 厦门大学、 华中理工大 学、 成都电子科技大学、 天津电源研究所、 上海空间电 源研究院、 上海神力公司、 新源动力公司和上海新科 同力公司等 ［ P 6］ 。 北京富原新技术开发总公司与加拿大新动力公 司合作开发出了F 9 QF R Q系列“ * 。大连化 物所开发成功 F R Q的“ * 电池堆。清华大学 成功研制出低压一体化6 9 9 Q的“ * 系统。各个 单位都围绕“ * 相关技术和材料进行开发。上 海有机所研制出了“ * 用新型电解质膜， 其中一 种电解质膜是和杜邦公司1 2 , A相似的全氟磺酸离 子膜， 另一种是非氟膜。后一种膜显示出了良好的性 能。国内对电催化剂曾经研制过的合金有“ B A， “ B ，“ ／Q ，“ B B Q，“ B B ， “ B 1 , B Q，“ B A B Q， “ B 6的高强石墨双极板， 价 格只有目前双极板的／ 9。清华大学研制成功一套 小功率“ * 电堆， 输出电压为V . T， 电流达 9 H， 参数与美国同类产品的比较如表所示。 GF 第6期任学佑 质子交换膜燃料电池开发现状 万方数据 表 “ 系列 电池组 额定功率 ／7 8 工作电压 ／ 工作电流 ／ 外形尺寸 ／ （ A A ） 质量 ／ 7 B 功率密度 ／ （81C J , K ’ “， 室温E 6 I。其余工 作条件为氢气 ／ 空气， 自然气压， F 6 I。 从表5可知， 如能提高清华大学’ ; 电堆的电 流密度， 减薄端版厚度， 性能可与美国N D ’ * O 公司的 产品相当。清华大学小型’ ; 使用自行研制的电 催化剂， 大幅度地降低了成本， 使用自行研制的薄金属 双极板， 大大减轻了电堆质量。清华大学研制的’ /／ 及抗 P多元催化剂 ［ 电池组 额定功率 ／8 电流密度 ／ （ - C 2） 单电池数 额定电压 ／ 外形尺寸 ／ （ A A ） 端板厚度 ／- 质量 ／ 7 B N D ’ * O F 6F 9 6 汽车上的金属氢化物储氢的储氢器。 日本东京大学丸山茂夫成功开发出用酒精制取碳 纳米管的新技术， 这种新技术是利用布满细孔的陶瓷 进行的。首先把金属催化剂填入陶瓷的细孔中， 然后 在高温电炉中使气化的酒精和催化剂起反应， 生成碳 纳米管。使用酒精时， 电炉的温度为H 6 6 I， 生成的碳 纳米管是单壁的， 直径为 贮氢器提供了工 业化生产的可能。 美国’ ;制氢机在设计上有很大改进， 其特点 是 高纯度氢 （M M L M M M S） ； 利用最新固体’ ;技术， 不 需压缩机， 可达 ’ “产氢压力； 氢气储量少， 安全性 高； 无腐蚀性电解液， 无石棉； 全自动控制， 体积小， 设 计紧凑； N P Z R5 H 6型适合室外操作。日本公司用金 属氢化物提供氢， 研制成功各个领域应用的小型’ ; D 照明电源。加拿大巴拉迪公司成功地研制出与笔 记本电脑中’ ; 相配套的钛系金属氢化物储氢器。 H9 有色金属第9 G卷 万方数据 国内只有上海神力、 大连化物所和清华大学在贮氢材 料和贮氢容器方面取得了一定的进展。目前实用型 “ 金属氢化物储氢和储氢器技术的研究趋于成 熟。使用储氢材料的大型和小型储氢装置分固定式和 移动式两种， 作为固定式储氢装置， 容积应该小， 移动 式储氢装置应质量轻， 储氢能力大 ［ 3 . / 制造单位类型 储氢量 ／2 氢压 ／ 温度 ／ 外型尺寸 ／2 2 美国步鲁克海文研究室内部冷热型 A* ; .’ A A .A B E 3A B A B E GH /A B A IA B ’ .A B A E /A B A C 3’ B C 3A B CC系 F M -’ B CM -A B C . 3系D A B E C . 2A B A G’ A A F .’ G A’ B C 3A B C A .A B E DH /A B A ’K ,A B A ’ 3 F I F . F 3G A F / F 3 高温 8 K ; G A H / / 3 3；D） G根 C B ’ 2 2 M -管 （带翅片） ； ） 总质量 / 9 . 4 R 3 4 5 . 3 9 . ; 3公司、 位于比利时列日 的N 1 4 ; . . 1 1 S . / ; T .L ; . 8 . 1 ; 9 . 7’. - . 4 / ; 4 ; .公司和位于 荷兰阿姆斯特丹的“ 3 . / 8 ; .K 1 1 / 7U . 9 公司。每一套 装置都包括了一整套采用天然气发电的电力系统。所 有需要的部件均安装在一个箱体中， 箱体的容积约为 ’ 2 。该类电池 上市公司股票被看好的关键是其行业前景。 虽然构成 ; ; I L 8 7 N 7 7 I 4 N I N F ［.］ 1 3 - K 3 F N F H 8 N 3 1 F 9O O P 4 F ; 1 3 - 4 K 2 1 T 7 A F 1 3 HJ 3 4 3 J 3 -’ 1 N I 7 ; L 1 7 H K 7 4 3 L 8 2 1 F 4 K 3 F M N - 4 F 9 O O P 4 F L 8 7 N F 1 3 H J 3 4 3 J 2 1 G F 4 HX I HP UK 3 F M N - 4 F 9 O O P 4 F L 8 7 N F 1 3 HJ 3 4 3 J 8 . 1 , 4 S - 3 N - F 1 N 4 7 2 3 4 3 8 2 L 8 F 1 3 H IS - K 9 2 2 1 F；N 4 3 4 7 U 2 3； 7 N 3 H ；K 3 F M N - 4 F 9 O O P 4 F ； 7 N 3 7 U 3 ，P 1 K 7 4 P 4 H , 有色金属第 卷 万方数据