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　　观点呈现

　　膜电极之质子交换膜（一）

　　质子交换膜(Proton Exchange Membrane Fuel，PEM)是氢燃料电池的心脏，具有为电解质提供氢离子通道和隔离两极反应气体，防止它们直接产生作用的双重作用。在燃料电池内部，质子交换膜作为其中重要的核心部件为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。因此，质子交换膜的性能好坏直接影响燃料电池的使用寿命。质子交换膜特性表现为：较高的质子传导率；气体或燃料的渗透性低，从而阻隔燃料和氧化剂；水的电渗系数小；较好的化学和电化学稳定性；良好的机械强度和低的成本等方面。质子交换膜具有较高的质子传导率、气体或燃料的渗透性低、水的电渗系数小、化学和电化学稳定性较好、机械强度良好、成本低等特性。

　　8

　　观点呈现

　　膜电极之质子交换膜（二）

　　质子交换膜主要类型有全氟磺酸质子交换膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜、复合膜、高温膜五种。其中，全氟磺酸膜是主流，机械强度高，化学稳定性好，在湿度大的条件下导电率高；低温时电流密度大，质子传导电阻小，但高温时膜易发生化学降解，质子传导性变差，单体合成困难，成本高，用于甲醇氢燃料电池时已发生甲醇渗透。全氟磺酸质子交换膜常规的用的最多的是美国杜邦。为降低成本，加拿大Ballard公司也开发了部分氟化膜。山东东岳集团2010年自主研发了全氟磺酸膜，实现国产化，打破了美国、日本长期的垄断。非全氟膜效率高，单电池寿命提高，成本低，但氧溶解度低。无氟化膜电化学性能与Nafion相似，环境污染小，成本低，但化学稳定性较差，很难同时满足高质子传导性和良好机械性能。

　　9 观点呈现

　　膜电极之质子交换膜（三）

　　复合膜可改善全氟磺酸膜导电率低及阻醇性差等缺点，赋予特殊功能，成本较低，但制备工艺复杂，有待改善。目前，质子交换膜——全氟磺酸型膜为主流，复合膜、高温膜、碱性膜是未来发展方向。目前科慕（原杜邦）Nafion质子交换膜价格为$120/kW，按照每辆燃料电池汽车系统额定功率为36kW计算，每辆汽车质子交换膜成本为$4320/￥29000以上，严重制约了中国燃料电池汽车产业的发展。2016年，电子科技大学何伟东与团队研制出新的制浆工艺和成膜工艺，出产的PEM质子传导率为杜邦Nafion117的1.78倍，成本仅在十分之一左右。2016年上海交通大学张永明获AFCC技术达标奖，其研发的PEM保持高性能前提下，使用寿命达6000h以上。东岳集团实现了性能突破，使用寿命突破了20000h，已建成年产50万吨PEM所需的全氟磺酸树脂生产装置，可满足2.5万辆FCV所需。

　　目前，在国内外应用最广泛的是由美国DU PONT公司研制的全氟磺酸质子交换膜，其主体材料是全氟磺酸行离子交换树脂，具有和聚四氟乙烯相似结构的固体磺酸化含氟聚合物水合薄片，其优点是：化学稳定性强；机械强度高和在高湿度下导电率高；低温下电流密度大；质子传导电阻小，但是全氟磺酸质子交换膜也存在一些缺点，如：温度升高会引起电导率降低，高温时膜易发生化学降解；单体合成困难，成本高，废品难处理；价格昂贵；用于甲醇燃料电池时易发生甲醇渗漏等。