探讨锂电池中膜电极的组成部分

1)膜电极(membraneelectrodeassembly，MEA)是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所，是传递电子和质子的介质，为反应气体、尾气和液态水的进出提供通道，膜电极是质子交换膜燃料电池的心脏。

膜电极通常由5部分组成，即中间的质子交换膜、两侧的阳极催化层和阴极催化层，最外侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层。

2)当前膜电极在性能和产能方面可以初步满足商业化需求。现阶段性能初步满足产业使用，2015年MEA，在工况条件下寿命达到2500小时，性能方面也达到810mW/cm2。

膜电极厂商具备万平米级产能，目前做膜电极的厂商分为两类，一种是具备膜电极产业化能力，能够自给自足的燃料电池厂商，以丰田和Ballard为代表。

另外一种是专业的膜电极供应商，包括Gore、JM、3M、Toray(Greenerity)，都已经具备了不同程度的自动化生产线，年产能在数千平米到万平米级。

MEA生产工艺瞄准低铂和高功率密度，有序化膜电极工艺是未来发展趋势。

膜电极技术经历了三代发展，大体上可以分为热压法、CCM(catalystcoatingmembrane)法和有序化膜电极三种类型。

目前大部分厂商选择第二代CCM三合一膜电极技术，有序化膜电极是当下工艺发展趋势。

有序化膜电极能兼顾超薄电极和结构控制，拥有巨大的单位体积的反应活性面积及孔隙结构相互贯通的新奇特性，可以达到高效三相传输、高Pt利用率、高耐久性，使其成为了PEMFC领域的研究热点，也是下一代膜电极制备技术的主攻方向。

质子交换膜

质子交换膜是作为PEM燃料电池的核心组件，主要功能是充当质子通道实现质子快速传导，同时还起阻隔阳极燃料和阴极氧化物的作用，防止燃料(氢气、甲醇等)和氧化物(氧气)在两个电极见发生互串，此外还需要对催化剂层起到支撑作用。

质子交换膜性能好坏直接决定着PEM燃料电池的性能和使用寿命，作为PEM材料，应具有以下性质：

全氟磺酸膜是主流质子交换膜。质子交换膜根据含氟情况进行分类主要包括全氟磺酸膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜和复合膜。

目前世界上主流质子交换膜是全氟磺酸膜，全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯结构，其碳-氟键的键能高，使其力学性能和化学稳定性优异，其聚合物膜的使用寿命远远好于其他膜材料的使用寿命，其次分子链上的亲水性磺酸基团具有优良的氢离子传导特性。

全氟磺酸膜也是目前在PEMFC中唯一得到广泛应用的质子交换膜，如美国杜邦的Nafion膜、陶氏公司的Dow系列质子交换膜、日本旭化成公司的Aciplex膜和日本旭哨子公司的Flemion膜，其中Nafion膜应用最广泛。

用于PEMFC质子交换膜主要要求

1、高的质子传导性能，可以降低电池内阻，提高电流密度。

2、较好的水稳定性、氧化稳定性和化学稳定性，能够阻止聚合物链在活性物质作用下的降解。

3、较低的尺寸变化率，防止膜吸水和脱水过程中的膨胀和收缩引起的局部应力增长而造成膜与电极剥离，使电池寿命降低。

4、较高的机械强度，可加工性好，满足大规模生产要求。

5、较低的气体(尤其是氢气和氧气)渗透率，以免氢气和氧气在电极表面发生反应，造成电极局部过热，影响电池的电流效率。

6、适当的性能/价格比。