文 献 综 述

一、研究背景、意义

随着能源危机以及环境污染的加剧，急需要发展高效率清洁能源来缓解现状。质子交换膜燃料电池凭借其发电效率高、无污染、无噪声、冷启动快以及比功率高等优点^[1,2]正逐步走近我们的生活。凭借这些优点，质子交换膜燃料电池在应用方面也取得了很好的发展，从固定式的电池堆发展成为便携式、移动式和微型燃料电池，在汽车、混合动力等行业得到了较为广泛的应用^[3-6]。因为质子交换膜燃料电池的优秀特性，不少潜艇也采用其来克服传统柴油带来的动力缺陷^[7]。此外，电池主要被开发和应用于电网调峰的电源系统、偏远地区不依赖电网的储能系统、独立建筑储能供、高空长航时太阳能飞行器或太空船的混合能量存储推进系统等等^[8]。质子交换膜燃料电池的高性能将会带来不可估量的经济和环境效益。

为了稳定和加强质子交换膜燃料电池的性能，需要弹性体垫片来密封阳极和阴极的反应气体。由于燃料电池需要长时间平稳运行，如果垫片材料损伤（如硬化）或失效，燃料电池将可能发生泄漏，这不仅影响燃料电池的密封性能减少效率，而且会带来安全问题。所以，研究质子交换膜燃料电池垫片的材料及其机械性能具有极大意义。

二、质子交换膜燃料电池的原理

质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell）是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的”逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H 的介质，只允许H 通过，而H₂失去的电子则从导线通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。

两电极的反应分别为：

阳极（负极）：2H₂→ 4H 4e^-

阴极（正极）：O₂ 4H → 2H₂O