氢氧燃料电池已经成为未来清洁能源的一种重要选择，而电极反应式则是实现氢氧燃料电池能够正常运转的关键 。电极反应式是指在电极上发生的化学反应式，它决定了氢氧燃料电池的能量转化效率 。在氢氧燃料电池中，电极分为阳极和阴极两种，分别用来促进氧化反应和还原反应 。因此，深入了解氢氧燃料电池电极反应式，对于推动清洁能源技术的发展具有重大意义 。
作者 | 韩哲熙；编辑 | 张麟
【氢氧燃料电池反应方程式 氢氧燃料电池电极反应式】膜电极（MEA）是燃料电池中的核心部件，由气体扩散层、催化剂层、质子交换膜三层组成，既是多相物质传输的场所，也是燃料电池化学反应发生的场所，对电池整体的化学性能有直接影响，其成本更是占到电堆成本的70%，因此膜电极也被形象称为是燃料电池的“心脏”“芯片” 。
氢燃料电池原理 来源：氢能源网
一般而言，理想的膜电极需要具备高功率密度、低铂载量、长耐久性和使用寿命等性能特点，美国能源部要求2020年车用膜电极达到耐久性≥5000h；功率密度≥1W/cm2额定功率 。
具体到膜电极的各个部件来看，质子交换膜（PEM）以全氟磺酸型膜为主，其他的复合膜、高选择性膜、石墨烯改性膜、高温膜、碱性膜还处在研发阶段，是近年来的研究热点和前沿方向 。
催化剂以铂基为主，目前主流的催化层是铂碳催化剂，即将铂负载到活性炭上的一种载体催化剂 。但由于铂是贵金属，资源稀缺，成本高昂，因此处于降本的考虑，发展低铂催化剂、无铂非贵金属催化剂被认为是膜电极企业未来的重点攻关方向 。
气体扩散层将催化剂层和质子交换膜夹在中间，起到导电、散热和排水的作用，由微孔层、支撑层组成，微孔层由碳黑、憎水剂构成，支撑层材料以碳纸为主 。
膜电极的制备工艺主要有四种，分别是热压法、梯度法、CCM、有序化 。其中CCM采用卷对卷直接涂布、丝网印刷、喷涂等 *** 先将催化剂涂布到质子交换膜两侧形成CCM，再将气体扩散层热压在CCM两侧形成膜电极，是目前市场应用最广泛、商业化最成熟的制备 ***。
反映到市场层面来看，随着今年来各地陆续出台氢能产业发展规划，未来下游氢燃料汽车的需求扩大将会为燃料电池核心零部件膜电极市场带来更大的增长空间 。
高工产研氢电研究所数据显示，2021年国产膜电极需求量为12.9万m2，假设2030年燃料电池车需求达100万辆，对应2030年膜电极需求接近1000万平方米，对应2030年市场规模在350亿元上下 。
虽然市场层面给出的估计比较乐观，但由于我国膜电极技术相对国外（尤其是美国、日本、德国）起步较晚，早期膜电极产品主要依赖进口，价格较高，一定程度上制约了氢燃料电池的大规模应用 。
但自2018年以后，随着国内膜电极技术的进步，国内的膜电极厂商的出货量有了“逆袭”之势，进口膜电极市场份额随之逐年降低，从18年的72%到21年已降至25% 。
进口膜电极市场份额走势 来源：势银
根据全球氢能的测算，如果可以实现关键部件的国产化替代，产业规模从年产1000套提升至年产50万套，可以带动膜电极成本降低13% 。因此未来，通过实现关键部件的国产化替代、扩大生产规模来降低膜电极生产成本将是必然的发展趋势 。
就市场格局而言，国内目前从事膜电极生产的主要有三类企业：第一类是独立第三方膜电极供货商，如鸿基创能、武汉理工氢电、擎动科技等 。第二类是自建膜电极生产线的燃料电池厂商，如未势能源、捷氢科技、南科燃料，其膜电极产品以自建自供为主 。
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