PEMFC的工作原理
质子交换膜燃料电池，也被称作聚合物电解质燃料电池。该类型的燃料电池主要依赖一种特殊的聚合物膜，在它表面涂有高分散的催化剂颗粒，这种工艺被称作CCM。
PEMFC的结构主要由质子交换膜（电解质），催化剂层、气体扩散层和双极板等核心部件组成。气体扩散层、催化剂层和聚合物电解质膜通过热压过程制备得到膜电极组件（MEA）。中间的质子交换膜起到了传导质子（H+）、阻止电子传递和隔离阴阳极反应的多重作用。两侧的催化剂层是燃料和氧化剂进行电化学反应的场所；气体扩散层的主要作用为支撑催化剂层、稳定电极结构、提供气体传输通道及改善水管理；双极板的主要作用是分隔反应气体，并通过流场将反应气体导入燃料电池中，收集并传导电流，支撑膜电极，以及承担整个燃料电池的散热和排水功能。
PEMFC的工作原理为：燃料（氢气H2）进入阳极，通过扩散作用到达阳极催化剂表面，在阳极催化剂的作用下分解成带正电的质子（H+）和带负电的电子（e-），质子通过质子交换膜到达阴极，电子则沿外电路通过负载流向阴极。同时，氧气（O2）通过扩散作用到达阴极催化剂表面，在阴极催化剂作用下，电子、质子和氧气发生氧还原反应（ORR）生成水。
质子交换膜是PEMFC的电解质，直接影响电池的使用寿命。同时，电催化剂在燃料电池运行条件会发生Ostwald熟化作用，缩短电池的使用寿命。因此，质子交换膜和电催化剂是影响燃料电池耐久性的重要因素。燃料电池中的成本比例为电催化剂（46%）、质子交换膜（11%）、双极板（24%）等。其中，由于电催化剂大量使用贵金属铂，其成本也占据了燃料电池总成本的近一半。质子交换膜和双极板的高成本也同样增加了燃料电池的总成本。因此高性能、高耐久性、低成本的质子交换膜燃料电池新材料是目前该领域的研究热点。
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