一、 燃料电池汽车关键材料及技术

1. 电催化剂

电催化是燃料电池的关键材料之一，其作用促进氢、氧在电极上的氧化还原过程。研究新型高稳定、高活性的低Pt或非Pt催化剂是目前的热点。

1.1 Pt-M催化剂

Pt-Co/C、Pt-Fe/C、Pt-Ni/C等二元合金催化剂，在提高稳定性的同时，也提高质量比活性，还降低了贵金属的用量。如Chen等制备了高活性与高稳定性的电催化剂。

图1 Pt3Ni纳米笼结构ORR催化剂形成过程

1.2 Pt核壳催化剂

利用非Pt材料为支撑核、表面贵金属为壳的结构，可降低Pt用量，提高质量比活性。如中国科学院大连化学物理研究所制备的Pd@Pt/C核壳催化剂，其氧还原活性与稳定性好于商业化Pt/C催化剂。

图2 PdPt核壳催化剂质量比活性与稳定性与商业化催化剂比较

2. 固态电解质膜

车用燃料电池中质子交换膜（PEM）是一种固态电解质膜，其作用是隔离燃料与氧化剂、传递质子（H+）。目前常用的商业化质子交换膜是全氟磺酸膜，其化学式如图7所示。

图3 全氟磺酸Nafion膜的化学结构

3. 气体扩散层（GDL）

GDL位于流场和催化层之间，其作用是支撑催化层、稳定电极结构，并具有质/热/电的传递功能。通常GDL由支撑层（憎水处理过的多孔碳纸或碳布）和微孔层组成（电炭黑和憎水剂构成）。表1为国产化碳纸与进口商品化碳纸比较，下一步需要建立批量生产设备。

表1国产化碳纸与进口商品化碳纸性能比较

除了改进气体扩散层的导电功能外，近些年对气体扩散层的传质功能研究也逐渐引起人们重视。

图4 具有高孔隙率扩散层的膜电极

4. 膜电极组件（MEA）

MEA是集膜、催化层、扩散层于一体的组合件，是燃料电池的核心部件之一。

图5 新型MEA（a）及性能(b)

5. 双极板（BP）

BP的作用是传导电子、分配反应气并带走生成水。采用的双极板材料如图所示。

图6 双极板材料

6. 电堆

燃料电池电堆是燃料电池发电系统的核心。

图7 燃料电池电堆结构

7. 燃料电池系统部件

燃料电池包括燃料供应子系统、氧化剂供应子系统、水热管理子系统及监控子系统等，主要系统部件包括空压机、增湿器、氢气循环泵、高压氢瓶等。

二、 结语

本篇文章简要介绍了燃料电池汽车的关键材料及技术。