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燃料电池与储能

摘要

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为一种高能量转换效率和零碳排放的电源设备，受到越来越多的关注。膜电极组件（MEA）是PEMFCs的核心部件，主要包括质子交换膜（PEM）、催化剂层（CL）、微孔层（MPL）和碳纤维气体扩散层（GDL），其材料和结构各不相同，对燃料电池堆的功率密度和耐久性有很大影响。 MEA通常由催化剂涂层电极（CCE）和催化剂涂层膜（CCM）方法制造，导致电极和膜之间界面电阻增大、粘附能力减弱以及质子和电子转移不畅，从而限制了 PEMFC 的电化学表面积（ECSA）和功率密度。 为此，研究者们采用了许多方法，如提高MEA的烧结温度、在阴极和膜之间引入裂解层或双层催化剂和直接沉积法等。Zhao等人制备了一种集成膜电极组件结构，降低了质子交换膜与催化剂层之间的接触电阻，显著提高了水电解的效率和稳定性；同时，Klingele和Breitwieser开发了一种质子交换膜直接沉积技术，以提高PEMFCs的性能和稳定性。然而，这些方法的工艺复杂，难以实现产业化。 本研究结合浇铸和刮刀法技术，制备了一体化膜电极组件（I-MEA）。结果表明，低温质子交换膜燃料电池更适合用浇铸法制备I-MEALT，与传统MEALT相比，I-MEALT电池功率密度提升了18%；高温质子交换膜燃料电池适合用刮刀法制备I-MEAHT，与传统MEAHT相比，I-MEAHT的功率密度提升了约57%，通过电化学阻抗分析得知，这主要归因于电极与膜之间的界面阻抗减小，促进了质子传递。

关键词

一体化膜电极;质子交换膜燃料电池;界面阻抗

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