1.4.6 单电池

组成PEMFC的基本单元是单电池，由单电池组成电堆，电堆加上其他辅助系统构成了PEMFC系统。电堆和单电池的结构如图1-19所示，单电池由双极板（Bipolar Plate，BP）、密封件（Sealant）和膜电极（Membrane Electrode Anode，MEA）组成。双极板是连接单电池构建电堆的重要组件，主要作用是提供流道，输送氢气和氧气。双极板除了需要具有一定的机械强度以承担电池堆叠后的重量和外力以外，还要具有耐酸碱腐蚀性和高导电性等。目前市场上的双极板材料主要有碳质材料、金属材料以及金属与碳质的复合材料三类 ^[33] 。密封件放在两个双极板之间，主要作用是防止反应气体的泄漏，保证密封件正常工作也是PEMFC系统中至关重要的一环，密封材料要求抗腐蚀、抗疲劳，具有良好的延展性 ^[34] ，而各类橡胶材料能够满足使用要求。由气体扩散层、催化层和质子交换膜组成的膜电极（Membrane Electrode Anode，MEA）是PEMFC的核心部件，催化层一般由Pt和C组成，催化剂是由Pt的纳米颗粒分散到碳粉载体上的担载型催化剂，催化剂可降低化学反应的活化能，提高电池的工作效率；气体扩散层的作用是反应气体和产物水的传质，该部分的材料需具备一定孔隙率和适合的孔分布，选用石墨化的碳纸可满足以上要求 ^[35] ；质子交换膜的功能是分隔燃料和氧化剂并传导质子，目前最具代表性的隔膜是全氟磺酸膜 ^[36] ，厚度为数十微米至数百微米，能够耐酸碱腐蚀和满足一定的机械强度。