原鲜霞/宋树芹/张久俊教授Chem Soc Rev顶刊综述：高温质子交换膜燃料电池：先进材料和关键技术进展- 大数跨境

首页

原鲜霞/宋树芹/张久俊教授Chem Soc Rev顶刊综述：高温质子交换膜燃料电池：先进材料和关键技术进展

科学材料站

2020-12-11

导读：本文全面总结了高温质子交换膜燃料电池的关键材料、主要部件、性能衰减机理及其缓解策略、以及基于HT-PEMFCs的热电联供系统的最新进展。

文章信息

高温质子交换膜燃料电池：先进材料和关键技术进展

第一作者：Rizwan Haider

通讯作者：原鲜霞、宋树芹、张久俊

单位：上海交通大学、中山大学、上海大学

研究背景

电是当今社会人类生活和技术进步不可或缺的能源资源。目前的电能主要来源于煤、石油、天然气等化石燃料，但这些能源能量转化效率低、不可循环利用，而且对环境有严重污染。因此，开发清洁、无污染的可再生能源已成为人类社会可持续发展的必然选择。在各种备选技术中，电化学能源被公认为高效、可靠、实用的选择。其中，质子交换膜燃料电池（PEMFCs）因其具有能量密度高、排放少、运行安静、应用范围广等优点而被寄以厚望。在过去的三十年里，世界上许多发达国家和发展中国家都把燃料电池的发展提升到国家战略的高度。

根据运行温度的不同，质子交换膜燃料电池可分为低温质子交换膜燃料电池（70～95℃，LT-PEMFCs）和高温质子交换膜燃料电池（120～250℃，HT-PEMFCs）。其中，HT-PEMFCs具有电极反应动力学快、能量转换效率高、杂质耐受性好、水热管理简单等优点，近年来引起了广泛的关注。然而，HT-PEMFCs的主要材料和关键部件在高温下的性能衰减和腐蚀问题仍是阻碍该技术实际应用的难题。

为了开发高性能的HT-PEMFCs并促进其产业化应用，世界各国的研究人员从材料/部件的开发、组装、机理等角度入手，采用实验和理论相结合的方法，进行了大量的研究工作，取得了长足的研究进展。

文章简介

近日，上海交通大学原鲜霞教授、中山大学宋树芹教授与上海大学张久俊教授合作在国际顶级期刊Chemical Society Reviews(影响因子：42.846) 上发表题为“High temperature proton exchange membrane fuel cells: progress in advanced materials and key technologies”的综述。

本文全面总结了高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）的关键材料、主要部件、性能衰减机理及其缓解策略、以及基于HT-PEMFCs的热电联供系统的最新进展。为了促进HT-PEMFCs的进一步研究和开发，本文还讨论了其目前存在的主要问题，并提出了今后的重点研究方向。

本文要点

要点一：HT-PEMFCs是由催化剂、质子交换膜等关键材料和双极板等主要部件构成的高温发电系统。本文首先总结了HT-PEMFCs的关键材料和主要部件近年的主要进展及存在的问题，进而阐述了HT-PEMFCs从微观材料到宏观器件的装配过程、技术要点和评价体系与方法。

要点二：在HT-PEMFCs的高温和酸性工作环境下，其关键材料和主要部件的稳定性和性能衰减过程对电池长期工作的耐久性和寿命有重要的影响。本综述总结了HT-PEMFCs中各关键材料和主要部件的衰减机制及有效的稳定化策略。

要点三：HT-PEMFCs是一个复杂的系统，其性能受到关键材料和部件、工作条件和水热管理系统等多方面的影响，理论和实验相结合的方法是合理设计、优化HT-PEMFCs性能的有效途径。本文总结了近年来HT-PEMFCs相关的主要理论计算和相应的实验验证方面的研究工作，并对其中存在的主要问题进行了分析。

要点四：本综述从催化剂、质子交换膜、双极板、膜电极/电池/电堆的优化设计与装配、理论计算与模拟、热电联用等方面讨论了HT-PEMFCs的未来主要研究方向。

文章链接

High temperature proton exchange membrane fuel cells: progress in advanced materials and key technologies

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs00296h#!divAbstract

第一作者介绍

Rizwan Haider，上海交通大学，博士研究生

2014年毕业于巴基斯坦顶级学府费萨拉巴德农业大学（University of Agriculture Faisalabad）获得硕士学位，现为上海交通大学2018级博士研究生，指导教师为原鲜霞研究员，主要研究领域为质子交换膜燃料电池及其催化剂材料。

通讯作者介绍

原鲜霞，上海交通大学化学化工学院，研究员，博士生导师。

主要研究领域为电化学能量储存与转换系统及其关键材料，主要涉及燃料电池、金属-空气电池、锂/钠/钾离子电池。http://scce.sjtu.edu.cn/jiaoshi.php?aid=150

宋树芹，中山大学材料科学与工程学院，教授，博士生导师。

主要研究领域为纳米材料的研发、优化及其在新能源（燃料电池、电催化、锌空气电池）领域的应用。http://mse.sysu.edu.cn/node/58

张久俊，教授。

加拿大皇家科学院（Academy of Science of the Royal Society of Canada）、加拿大国家工程院（Canadian Academy of Engineering）、加拿大工程研究院（Engineering Institute of Canada）院士。现为英属哥伦比亚大学和上海大学教授，上海大学理学院和可持续能源研究院院长，主要研究方向包括电化学、电催化、锂电池、燃料电池、金属空气电池、铅酸电池、超级电容器、CO2/H2O电解制低碳燃料及氢气。