文 献 综 述

1.1 PEM燃料电池研究背景

燃料电池是一种在等温条件下,不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧气中的化学能转化为电能的发电装置。只要能保证燃料和氧化剂的供给,燃料电池就可以连续发电,是继火力发电、水力发电、太阳能发电和原子能发电之后的新一代发电技术，具有高效、无污染、模块化、对负载变化可以快速响应等显著优点。各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其操作温度（80℃）低，功率密度高，启动快，在最近几年备受关注。因此，质子交换膜燃料电池对解决能源短缺和环境污染两大世界难题具有重要意义。

1.2 PEM燃料电池的结构和工作原理简介

1.2.1PEM燃料电池的结构

PEM燃料电池主要有端板、电流收集器、双极板、气体扩散层、膜电极组件（MEA）、弹性体垫片等组成，其典型结构如图1所示。膜电极组件（MEA）是PEM燃料电池的核心部件之一，它由一片质子交换膜和两层催化层组成。质子交换膜的作用是使质子通过而阻止电子通过。催化层是燃料和氧化剂发生化学反应的区域。扩散层是导电材料制成的多孔介质，其作用一方面为气体扩散提供通道，另一方面支撑燃料电池的催化层。双极板即流场板，它的主要作用是均匀反应气体，导出反应生成的热量。

1.2.2 PEM燃料电池的工作原理

氧气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子分解为带正 电的氢质子和带负电的电子；氢质子穿过电解质（比如质子交换膜）到达阴极，电子通过外电路到达阴极，电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能；在电池另一端，氧气或空气通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂作用下，氧气与氢质子及电子发生反应生成水。

电极反应为： 阳极(负极)： H2 →2H 2e- （1）

阴极(正极)：1/2O2 2H 2e- →H2O （2）