[01008556]基于CCM技术的燃料电池核心部件膜电极(MEA)

该项目属新材料和新能源科学技术领域。项目通过材料技术的创新，为氢能燃料电池高技术提供了一种高品质的关键部件。质子交换膜燃料电池以氢为燃料，通过电化学反应直接将化学能转变为电能和热能，具有转化效率高和零排放的优点，在交通运输、民用电力以及便携式电器等领域均有广阔应用前景，是二十一世纪节能环保的新能源技术。膜电极(MembraneElectrodeAssembly，MEA)由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层等材料叠层复合而成，是质子交换膜燃料电池电化学反应发生的核心区域，因此是质子交换膜燃料电池输出电能的关键部件。传统的膜电极工艺存在着非常突出的缺陷：(1)将电化学反应区(催化剂层)与燃料输送区(多孔碳纸)重叠，导致发生相互干涉，限制了电池的性能。(2)由于多孔碳纸表面不平整性，为了获得平整的催化层一般需要涂覆40um厚的催化层，极大地浪费催化剂材料。(3)催化剂层与质子交换膜的结合界面是靠热压形成，不易形成良好的界面结合。该项目组承担了国家十五“863电动汽车”重大专项中《燃料电池核心组件CCM研究》课题，历经近3年的攻关，成功地开发出了CCM(CatalystCoatedMembrane)技术。采用直接将催化剂涂覆在膜上技术可以实现电化学反应区(催化剂层)与燃料输送区(多孔碳纸)分开，并制备出超薄催化层(5?m)左右，最大限度提高反应速率，并降低Pt载量。该项目完成了三项主要研究内容：(1)质子交换膜、催化剂层、气体扩散层的匹配；(2)催化层成分和结构的优化；(3)催化剂直接涂覆在膜上的技术(CatalystCoatedMembrane，CCM)。使中国成为世界上少数几个掌握CCM技术的国家之一。采用该项目技术研制的质子交换膜燃料电池膜电极，其催化层薄(达到5微米，而传统催化层厚度40微米左右)、气体扩散层空隙分布梯度化，因此其电催化三相反应界面多、燃料传质过程快，从而实现催化剂利用率高、电输出性能好的性能特点。膜电极总体性能达到国际领先水平。该项目技术2006年初转让给武汉理工新能源公司进行产业化生产，累计生产膜电极产品超过10万件以上，其中90%出口美国，实现了中国燃料电池高技术产品首次出口美国。在燃料电池电动汽车和通讯基站备用电源里得到成功应用。