燃料电池除氢电极材料外,还有以下关键部件:

- 氧电极(阴极):又称正极,是氧气发生还原反应的场所。其材料通常要求具有良好的氧还原催化活性,常用的有铂基催化剂、非贵金属催化剂(如过渡金属氮化物、碳基复合材料等),且需搭配合适的电极支撑结构与气体扩散层,以保证氧气高效传输与反应进行。
- 电解质:用于传导离子,分隔正负极反应气体。根据电解质类型,燃料电池可分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)等。PEMFC常用质子交换膜,如全氟磺酸膜;SOFC采用固体氧化物陶瓷材料,如氧化钇稳定的氧化锆;AFC则多使用氢氧化钾等碱性溶液或碱性聚合物膜作为电解质。

- 双极板:一般位于电极两侧,具有分隔反应气体、收集和传导电流、为电极提供机械支撑等作用。材料主要有石墨板、金属板和复合材料板。石墨板耐腐蚀但易碎、成本高;金属板导电性与机械性能好,但需解决腐蚀与成本问题;复合材料板结合了多种材料优势,正逐渐得到广泛应用。

- 气体扩散层(GDL):通常由碳纸或碳布制成,位于电极与双极板之间。它能使反应气体均匀扩散到电极催化层,同时收集电极产生的电子,还可起到排水作用,避免积水影响气体传输与反应,对燃料电池的性能和稳定性至关重要。

- 催化层(CL):是发生电化学反应的核心区域,一般由催化剂、导电剂和离子聚合物组成。催化剂促使氢气和氧气快速发生电化学反应,导电剂确保电子顺利传导,离子聚合物则用于传导离子,三者合理配比与分布可提高燃料电池的反应效率。
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