膜電極的特點(diǎn)

高性能的膜電極具有以下特點(diǎn)：

• 能夠最大限度減小氣體的傳輸阻力，使得反應(yīng)氣體順利由擴(kuò)散層到達(dá)催化層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

• 形成良好的離子通道，降低離子傳輸?shù)淖枇Α?/p>

• 形成良好的電子通道。

• 氣體擴(kuò)散電極應(yīng)該保證良好的機(jī)械強(qiáng)度及導(dǎo)熱性。

• 膜具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)性。

膜電極（MEA）主要由質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴(kuò)散層組成。

1、質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜在燃料電池中的主要作用是實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的快速傳導(dǎo)，同時(shí)也阻隔氫氣和氧氣、氮?dú)庠陉庩枠O之間的滲透。質(zhì)子交換膜的性能好壞直接決定著燃料電池的性能和使用壽命。理想的質(zhì)子交換膜需要具備高質(zhì)子傳導(dǎo)率，低電子導(dǎo)電率，氣體滲透性低，化學(xué)、電化學(xué)、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

質(zhì)子交換膜根據(jù)含氟情況進(jìn)行分類主要包括全氟聚合物質(zhì)子交換膜、部分氟化聚合物質(zhì)子交換膜和非氟化聚合物質(zhì)子交換膜。

其中，由于全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)，其碳-氟鍵的鍵能高，力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，使用壽命也優(yōu)于其它膜材料的使用壽命。同時(shí)由于分子支鏈上存在親水性磺酸基團(tuán)，具有優(yōu)秀的離子傳導(dǎo)特性，全氟磺酸膜成為目前主流質(zhì)子交換膜方案。

2、催化劑

催化層是膜電極的重要組成部分，陽極使用催化劑促進(jìn)氫氣的氧化反應(yīng)，涉及氧化反應(yīng)、氣體擴(kuò)散、電子運(yùn)動、質(zhì)子運(yùn)動、水的遷移等多種過程。陰極使用催化劑促進(jìn)氧氣的還原反應(yīng)，涉及氧的還原、氧氣擴(kuò)散、電子運(yùn)動、質(zhì)子運(yùn)動、反應(yīng)生成 的水排出等。

良好的催化劑應(yīng)該具有良好的催化活性、高質(zhì)子傳導(dǎo)率、高電子傳導(dǎo)率和良好的水管理能力、氣體擴(kuò)散能力。

3、氣體擴(kuò)散層(GDL)

兩片多孔氣體擴(kuò)散層（GDL）將膜電極組合體夾在中間，主要作用包括支撐催化層、收集電流、傳導(dǎo)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水。

理想的氣體擴(kuò)散層需要具備高導(dǎo)電性、多孔性、適當(dāng)?shù)挠H水/憎水平衡、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性以及低成本等特點(diǎn)。

氣體擴(kuò)散層由支撐層和微孔層組成，支撐層材料主要為多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維無紡布及碳黑紙，微孔層通常是由導(dǎo)電炭黑和憎水劑構(gòu)成。