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福州大学顶刊综述PMS：高温质子交换膜燃料电池性能衰减机理及缓解策略！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-11-21 07:34

正文

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研究背景

用于氢转换的高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）由于具有零排放、高能量/功率密度、高能量效率，以及可作为电动汽车和大型发电厂的动力源等特点，受到广泛关注。然而，由于HT-PEMFC存在热能消耗大、启动时间长、长期耐久性差、成本较高等缺点，该技术的实际应用发展受到严重阻碍。其中，耐久性不足被认为是阻碍其广泛应用的关键。因此，为了克服上述挑战，加快HT-PEMFC的研发进程，全面深入地分析和总结该器件的性能失效机制和缓解策略具有重要意义。

成果简介

近日，福州大学 郑云教授 和 张久俊院士 课题组对HT-PEMFC的失效机制和缓解策略进行了全面综述，对HT-PEMFC的关键组成部件进行了详细介绍。具体论述内容包括HT-PEMFC的反应原理、主要组成和发展历史等相关基础，质子交换膜（PEM）、催化层（CL）、扩散层（GDL）、双极板（BP）和热/水管理系统等关键部件的失效机制分析和针对性缓解策略，以及从基础理解到大规模应用等诸多方面提出的该领域当前面临的关键挑战和发展前景。

图文导读

图1. 高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）文章的主要结构。

图2. 1992 - 2023年之间HT - PEMFC的研究发表情况总结。

图3. 高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）的历史发展过程。

图4. 高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）的关键组成部件。

图5. 高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）全反应过程中热力学参数的变化与反应温度变化的关系。

图6. HT-PEMFC的反应过程简化图。

图7. HT-PEMFC主要组分的降解现象。

图8. HT-PEMFC中PEM的化学降解机制。

图9. 缓解HT-PEMFC中PEM化学降解的策略。

图10. PEM结构调节缓解酸浸的策略。

图11. HT – PEMFC中PEM机械降解的缓解策略。

图12. HT – PEMFC中CL的缓解策略。

图13. HT - PEMFC催化剂腐蚀的缓解策略。

图14. HT - PEMFC中碳载体腐蚀的缓解策略。

图15. 热管理的冷却策略。

图16. 水管理策略。

图17. 高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）方面的关键挑战与发展前景。

文献信息

Performance failure mechanisms and mitigation strategies of high-temperature proton exchange membrane fuel cells, 2025, 148, 101389.

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101389

作者简介

王淑凡，福州大学材料科学与工程学院/新能源材料与工程研究院2022级博士生，师从张久俊院士和郑云教授，主要研究方向为氧还原电催化剂的设计合成及电化学性能研究。

郑云教授简介：郑云，福州大学教授、博导，福建省闽江学者，福建省海外引进高层次人才，2024全球前2%顶尖科学家（2024.09），新能源材料与工程研究院（张久俊院士团队）党支部书记。长期从事固态锂金属电池和高温氢能燃料电池方面的研究，目前共发表SCI论文70多篇，其中以第一作者或通讯作者（含共同）在Adv. Mater. (3篇), PNAS (1篇), Joule (1篇), Adv. Energy Mater. (2篇), Adv. Funct. Mater. (1篇), Nano Energy (4篇), Chem. Soc. Rev. (2篇), Electrochem. Energy Rev. (1篇), Prog. Mater. Sci. (1篇) 等期刊上发表科研论文30多篇，包括多篇ESI高被引论文、热点文章和封面文章。申请/授权发明专利10项，以第一作者发表全英文学术专著1本（CRC Press，2019）、中文学术专著1本（清华大学出版社，2024），主持/参与国家级和省级科研项目10多项。受邀担任国际电化学能源科学院（IAOEES）青年理事，Renewables, Advanced Powder Materials, Carbon Neutrality, Frontiers in Energy等领域知名期刊青年编委或客座编辑。获福建省“闽江学者”特聘教授奖励支持计划（2023）、加拿大政府-企业基金（2021）等多项奖励。

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