谢 峰， 文 陈， 邵志刚， 俞红梅

(1.中国科学院大连化学物理研究所， 大连 116023； 2.北京卫星制造厂， 北京 100090)

1 引言

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell， PEMFC)能量转化效率高、比功率大、安全可靠，在汽车动力、固定电站、水下能源及航空航天领域应用前景广阔[1]。 其中氢氧型PEMFC 以纯氢纯氧为反应物，是应用于缺乏空气场合的一类高比能高功率型燃料电池。

燃料电池生成水需要及时排出反应区，否则水会积累使得反应气无法到达催化剂表面，电化学反应不能继续进行，电池失效。 以空气或纯氧为氧化剂，PEMFC 的水管理区别很大。 空气中含78%的氮气，气体流量大，可通过强制对流将电池生成水沿流道吹扫出去[2]。 以纯氧为氧化剂时，氧气利用率高，气体流速小，难以将生成水通过吹扫排出[3]；如果使用气体循环泵和外置分水器，又带来额外的能耗并增加系统复杂性，降低可靠度。 为提高系统效率和可靠性，氢氧型PEMFC在电池内部引入亲水多孔材料，使电池生成水在毛细力作用下原位排出，实现静态排水。 静态排水结构使电池阴极排水不再依赖于高氧气化学计量比，大幅提高了氧气利用率，简化了燃料电池系统结构，提高了系统可靠性。

中国在20 世纪70 年代，在液体碱性燃料电池中引入亲水微孔石棉膜，开发了具有静态排水功能的氢氧型液体碱性石棉膜燃料电池[1]。2002 年设计了适用于PEMFC 的静态排水结构，考察了电池温度和介质压力对静态排水结构PEMFC 的影响，并进行了300 h 的寿命实验[4]。同时，国外以美日为代表的氢氧型PEMFC 研究也逐渐增多[5-6]。……