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质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量密度、运行温度低和稳定性能好等优点,在航天领域、潜艇、电动车等领域有广泛的应用前景。为使PEMFC能够早日实现商品化生产,各国科研工作者正在致力于相关材料的研究,力图降低PEMFC成本,提高PEMFC的性能。本文研究了采用1135膜制备膜电极的最佳热压条件以及最佳运行参数。设计和制作了一种新结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极,其特点是催化层和扩散层之间建立水管理层(WML)。研究了水管理层的组成和结构对膜电极性能的影响,包括PTFE含量以及分布,碳粉的种类,碳载量;研究了水管理层的制备工艺,包括烧结温度,烧结时间以及甘油的加入。用单体PEMFC的电流密度-电压曲线评价了膜电极在外增湿和不增湿操作条件下的极化特性。实验结果表明,采用优化后条件制备的有水管理层的膜电极,其在不增湿条件下的输出功率达到在外增湿条件下的90%左右。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的水管理层中加入造孔剂改善水管理层的孔结构,从而降低气体反应物的扩散传质阻力。本文研究了两种新型造孔剂,分别为低的热分解温度和适中的溶解度的NH4HCO3和具有高的分解温度和高的溶解度的(NH4)2SO4作为造孔剂。实验结果表明,加入适量的(NH4)2SO4,可使膜电极的输出功率获得提高,尤其是在H2/空气的条件下。在H2/Air操作条件下的最大功率达到了在H2/O2条件下的50%左右。环境扫描电镜(ESEM)的测试结果表面,加入造孔剂后水管理层孔结构发生明显变化,孔率和孔径明显增大。本文研究了催化剂中不同Pt含量对膜电极性能的影响。通过XRD,循环伏安以及膜电极工作性能测试结果表明,采用Pt含量为40%制备的膜电极性能略优于Pt含量为20%制备的膜电极。