车用燃料电池耐久性研究.pdf

ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ 化 学进 展 ＤＯＩ：１０７５３６／ ＰＣ１４０８０７ 车用燃料电池耐久性研究∗ １∗∗ １ ２ ２ １ ２ 王　 诚 　 王树博 　 张剑波　 李建秋 　 王建龙 　 欧阳明高 （１ 清华大学核能与新能源技术研究院　 北京１０００８４；２ 清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点 实验室　 北京 １０００８４） 摘　 要　 经过世界范围内近十年的持续研发，车用燃料电池在能量效率、体积与质量功率密度、低温启动等 功能特性方面已经取得了突破性进展，新一轮的燃料电池汽车产业化浪潮正在迫近。 然而，燃料电池的耐久 性仍没达到商业化目标，且耐久性问题涉及面广、挑战大，成为当前燃料电池汽车产业化的主要棘手问题，构 成了车用燃料电池在车辆技术方面产业化的最后障碍。 车用燃料电池的耐久性已经引起了世界各国研究人 员的广泛关注，本文归纳分析了车用燃料电池催化剂及其载体、质子交换膜及电极离子导体、气体扩散层、金 属双极板等关键材料及部件的性能衰减机制，以及梳理了应对性能衰减的新材料、新技术与系统控制策略等 耐久性必威体育精装版研究进展，最后对车用燃料电池失效机制及其缓解研究提出了新的方向，以期对认识和提升燃料 电池耐久性具有指导和借鉴意义。 关键词　 氢能　 电动汽车　 燃料电池　 耐久性　 失效　 缓解策略 中图分类号：ＴＭ９１１４；ＴＫ９１　 文献标识码：Ａ　 文章编号：１００５⁃２８１Ｘ（２０１５）０４⁃０４２４⁃１２ Ｔｈｅ Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ∗ １∗∗ １ ２ ２ １ ２ Ｗａｎｇ Ｃｈｅｎｇ 　 Ｗａｎｇ Ｓｈｕｂｏ 　 Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｂｏ 　 ＬｉＪｉａｎｑｉｕ 　 Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｌｏｎｇ 　 ＯｕＹａｎｇ Ｍｉｎｇｇａｏ （１ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒａｎｄＮｅｗＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ；２ＳｔａｔｅＫｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　 Ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｖｅｒ ａ ｄｅｃａｄｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｌｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ （ＰＥＭＦＣ） ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａｓ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｌｏｗ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｒｔｕｐ， ｈａｖｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ． Ａ ｎｅｗ ｒｏｕｎｄ ｏｆ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｗ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ． Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰＥＭＦＣｓｙｓｔｅｍｓ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｍａｓｓｉｖｅ ｓｃａｌｅｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｈａｓｎｔｍｅｔ̓ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔａｒｇｅｔ． Ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ