An overview of proton exchange membranes for fuel cells: Materials and manufacturing
S. Ahmad, T. Nawaz, A. Ali, et al
摘要
质子交换膜燃料电池因其高效、清洁的运行特性，被视为包括交通运输在内的各种应用的能量转换装置。然而，燃料电池系统组件的高制造成本仍然是其被普遍接受和商业化的主要障碍。降低燃料电池成本的主要策略是降低电解质和催化剂的成本，这对于燃料电池作为各种应用中的替代能源被普遍接受至关重要。电解质是燃料电池中最重要的成分之一，也是成本的主要贡献者（商用 Nafion® 系列的成本 >500 美元/平方米）。Nafion 被广泛用作 PEM 中的电解质，但除了成本高之外，它还具有一些局限性，例如质子电导率低、高温性能下降和燃料交叉率高。因此，开发和制造在更宽温度范围内具有更高电导率（∼0.1 S·cm −1）的低成本高性能电解质膜是科学界的首要任务。近年来，人们对非 Nafion 膜（SPI、PBI、聚苯乙烯、聚磷腈、SPAEK、SPEEK、SPAS、SPEN）及其复合材料的制备、改性和性能进行了广泛的研究，通过加入功能化 CNT、GO 作为填料来克服其缺点。本文全面回顾了膜材料和制造，重点是 PEM。特别是，回顾了质子传导的基本机制、重要要求、历史背景、竞争技术、类型、优缺点、当前发展、未来目标和方向、与热力学和电化学原理相关的设计方面、系统评估参数以及前景和展望。