创氢能源 I 高温质子交换膜燃料电池 解惑（2023年7月 更新）

高温质子交换膜燃料电池（High-temperature Proton Exchange Membrance Fuel Cells, HT-PEMFCs）

问题1：HT-PEMFCs显著技术优势是什么？

创氢能源答：
HT-PEMFCs显著技术优势，主要包含如下，
（1）增加铂基催化剂对燃料杂质(特别是CO、S等)耐受性；
（2）可直接匹配重整气体/工业氢，适配多样化氢源；
（3）水热管理系统更为容易；
（4）废热的可利用质量高，如热电联供（CHP）、锂电池的抗低温等。

问题2：为什么HT-PEMFCs对燃料杂质（特别是CO）耐受性强？

创氢能源答：
以CO为燃料电池“致命”毒物为例。CO极易吸附在催化剂的铂表面，既阻止氢气进入，同步降低电化学活性，随着CO吸附占据面积越大，催化剂加速失活，致使电堆“中毒”，甚至最终完全失去性能，即电堆失效报废。
此“中毒”过程是不可逆转过程。

而，燃料杂质的耐受性强弱，最根本原因在于燃料电池的工作温度。
（1）LT-PEMFCs技术：电堆的工作温度在80℃时，氢气燃料CO含量≥20ppm，电堆性能已呈现显著下降。根据 GB/T 37244-2018 《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》，相关要求明确指出，氢气燃料CO含量≤0.2ppm，以保障电堆的长寿命高性能运行；
（2）HT-PEMFCs技术：燃料电池电堆的工作温度至160℃时，耐受CO含量≤2.5%；工作温度提升至180℃时，耐受CO含量≤3%，电堆寿命与性能基本无影响。

问题3：随着燃料电池的工作温度提升，在关键材料方面，可能存在哪些技术性差异。

创氢能源答：

提升燃料电池的工作温度，高分子聚合物材料除保持高导电性外，面临包含热稳定性、化学稳定性、机械稳定性等挑战。

现有成熟LT-PEMFCs膜基材（主要是聚全氟磺酸PFSA膜体系），是通过水进行高度增湿，以维持质子电导率高，以提高电流密度。然而，若工作温度提升至150℃以上，水蒸气压力将从0.47bar增加到4.8bar(10倍)，膜将变干且完全失去导电性，则LT-PEMFC电堆完全失效。因此，工作温度的提升，必须选择在高温高腐蚀环境下的优异聚合物材料作为膜材料。

此外，双极板、电堆密封、以及相关组件的材料筛选评价，甚至耦合匹配，均面临一系列的重新研究、开发评价、验证测试等过程。

问题4：HT-PEMFCs，为何可以链接多样化氢源。

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