1)膜電極(membraneelectrodeassembly，MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場所，是傳遞電子和質(zhì)子的介質(zhì)，為反應(yīng)氣體、尾氣和液態(tài)水的進(jìn)出提供通道，膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的心臟。

膜電極通常由5部分組成，即中間的質(zhì)子交換膜、兩側(cè)的陽極催化層和陰極催化層，最外側(cè)的陽極氣體擴(kuò)散層和陰極氣體擴(kuò)散層。

2)當(dāng)前膜電極在性能和產(chǎn)能方面可以初步滿足商業(yè)化需求。現(xiàn)階段性能初步滿足產(chǎn)業(yè)使用，2015年MEA，在工況條件下壽命達(dá)到2500小時(shí)，性能方面也達(dá)到810mW/cm2。

膜電極廠商具備萬平米級(jí)產(chǎn)能，目前做膜電極的廠商分為兩類，一種是具備膜電極產(chǎn)業(yè)化能力，能夠自給自足的燃料電池廠商，以豐田和Ballard為代表。

另外一種是專業(yè)的膜電極供應(yīng)商，包括Gore、JM、3M、Toray(Greenerity)，都已經(jīng)具備了不同程度的自動(dòng)化生產(chǎn)線，年產(chǎn)能在數(shù)千平米到萬平米級(jí)。

MEA生產(chǎn)工藝瞄準(zhǔn)低鉑和高功率密度，有序化膜電極工藝是未來發(fā)展趨勢。

膜電極技術(shù)經(jīng)歷了三代發(fā)展，大體上可以分為熱壓法、CCM(catalystcoatingmembrane)法和有序化膜電極三種類型。

目前大部分廠商選擇第二代CCM三合一膜電極技術(shù)，有序化膜電極是當(dāng)下工藝發(fā)展趨勢。

有序化膜電極能兼顧超薄電極和結(jié)構(gòu)控制，擁有巨大的單位體積的反應(yīng)活性面積及孔隙結(jié)構(gòu)相互貫通的新奇特性，可以達(dá)到高效三相傳輸、高Pt利用率、高耐久性，使其成為了PEMFC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是下一代膜電極制備技術(shù)的主攻方向。

質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜是作為PEM燃料電池的核心組件，主要功能是充當(dāng)質(zhì)子通道實(shí)現(xiàn)質(zhì)子快速傳導(dǎo)，同時(shí)還起阻隔陽極燃料和陰極氧化物的作用，防止燃料(氫氣、甲醇等)和氧化物(氧氣)在兩個(gè)電極見發(fā)生互串，此外還需要對(duì)催化劑層起到支撐作用。

質(zhì)子交換膜性能好壞直接決定著PEM燃料電池的性能和使用壽命，作為PEM材料，應(yīng)具有以下性質(zhì)：

全氟磺酸膜是主流質(zhì)子交換膜。質(zhì)子交換膜根據(jù)含氟情況進(jìn)行分類主要包括全氟磺酸膜、非全氟化質(zhì)子交換膜、無氟化質(zhì)子交換膜和復(fù)合膜。

目前世界上主流質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，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，使其力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，其聚合物膜的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他膜材料的使用壽命，其次分子鏈上的親水性磺酸基團(tuán)具有優(yōu)良的氫離子傳導(dǎo)特性。

全氟磺酸膜也是目前在PEMFC中唯一得到廣泛應(yīng)用的質(zhì)子交換膜，如美國杜邦的Nafion膜、陶氏公司的Dow系列質(zhì)子交換膜、日本旭化成公司的Aciplex膜和日本旭哨子公司的Flemion膜，其中Nafion膜應(yīng)用最廣泛。

用于PEMFC質(zhì)子交換膜主要要求

1、高的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，可以降低電池內(nèi)阻，提高電流密度。

2、較好的水穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠阻止聚合物鏈在活性物質(zhì)作用下的降解。

3、較低的尺寸變化率，防止膜吸水和脫水過程中的膨脹和收縮引起的局部應(yīng)力增長而造成膜與電極剝離，使電池壽命降低。

4、較高的機(jī)械強(qiáng)度，可加工性好，滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求。

5、較低的氣體(尤其是氫氣和氧氣)滲透率，以免氫氣和氧氣在電極表面發(fā)生反應(yīng)，造成電極局部過熱，影響電池的電流效率。

6、適當(dāng)?shù)男阅?價(jià)格比。