Chem. Soc. Rev.综述：高温质子交换膜燃料电池研究进展
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质子交换膜燃料电池（PEMFCs）因具有启动速度快、能量转换效率高等优点，展示出广阔的应用前景。但是，工作温度在 100℃ 以下的低温质子交换膜燃料电池（LT-PEMFCs）因其电极过程动力学缓慢而需要大量使用价格昂贵的铂基催化剂，而且其对燃料气的纯度要求高、水热管理系统复杂，这些都限制了 LT-PEMFCs 的综合性能和商业化应用。相对于 LT-PEMFCs，工作温度在 ~120-250 ℃ 的高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）电极过程动力学更快，所需的贵金属催化剂用量大大降低，甚至可以使用非贵金属催化剂。同时，HT-PEMFCs 还具有对燃料气的纯度要求低、水热管理系统简单等优点，因而近年来受到广泛关注，国际学术界通过实验结合理论计算与模拟对其进行了大量的研究工作，取得了重要进展。
该论文的第一作者为上海交通大学博士研究生 Rizwan Haider，上海交通大学原鲜霞研究员、中山大学宋树芹教授、英属哥伦比亚大学和上海大学张久俊教授为共同通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金的支持。
催化剂：
目前，HT-PEMFCs 的催化剂以铂基（PGM）材料为主，非铂基（PGM-free）催化剂虽然近年也有所报道，但整体性能仍不及 PGM 催化剂。论文总结并对比分析了 HT-PEMFCs 催化剂的主要研究进展，并结合理论模拟和实验研究讨论了催化剂的性能衰减机制，提出了改善催化剂性能的有效途径。
▲ | HT-PEMFCs 用阴极催化剂 |
▲ | HT-PEMFCs 用 PGM 催化剂的性能衰减机理 |
质子交换膜：
目前，HT-PEMFCs 使用的质子交换膜主要分为改性的全氟磺酸膜（modified PFSA membranes）、PBI 膜、硫化碳氢膜（SHP）及其复合膜、酸碱膜（acid base membranes）四大类。文章总结了各自的发展现状、对比了各自的主要性能指标和优缺点，指出 PBI 膜是目前性能最优的 HT-PEMFCs 用质子交换膜，并讨论其中的质子传输机理和性能影响因素。
▲ | HT-PEMFCs 用各种质子交换膜的性能比较 |
▲ | HT-PEMFCs 用 PBI 膜的质子传输机理 |
双极板及其流场：
双极板及其表面的流场是影响 HT-PEMFCs 放电性能和稳定性的重要因素，文章除了总结讨论双极板的材料对其性能的影响及其稳定化策略之外，还重点讨论了流场的设计和分布与 HT-PEMFCs 性能的关系。
▲ | HT-PEMFCs 用双极板的流场设计 |
此外，文章还综述了 HT-PEMFCs 及其电堆的制备、装配、性能评价和加速老化试验方法，讨论了结合理论计算与模拟正确理解 HT-PEMFCs 中关键材料和部件的作用机理和衰退机制，并进而设计、优化相关材料、部件和结构以提升 HT-PEMFCs 综合性能的合理方案；总结了基于 HT-PEMFCs 的热电联用系统 CHP 的发展现状及挑战；分析了 HT-PEMFCs 电堆及 CHP 的应用成本。最后，文章从多个角度提出了 HT-PEMFCs 的主要挑战和未来研究、发展的方向与内容。
原文链接
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs00296h#!divAbstract
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