高功率密度增加了耐用性，降低了总拥有成本

氢燃料电池技术的开发是朝着更清洁、脱碳的能源未来迈出的一大步。为了确保燃料电池仍然是可行的能源解决方案，其高功率密度必须与长期耐用性相结合，以降低其总拥有成本。

在超过 15 年的时间里，唐纳森一直与全球行业领先的企业合作，将高度工程化的膨胀聚四氟乙烯（ePTFE）增强的质子交换膜实现商业化。这项工作产生了薄、高效且耐用的薄膜，能够提供低电阻以实现最佳电流密度。

我们对 ePTFE 特性（例如厚度、模量、极限强度和各向异性）如何影响燃料电池堆的长期耐久性有着深刻的了解。这种专业知识使我们能够提供针对燃料堆中的 ePTFE 增强复合材料 PEM 进行优化的 ePTFE 产品，这是非增强型 PEM 燃料电池膜的改进替代品。

燃料电池的工作原理

图 1：通用燃料电池

图 1 中的示意图显示了一种通用的燃料电池。氢气和空气分别进入阳极和阴极并扩散到催化剂层（电极），在那里发生电化学反应以产生电流。多孔层（气体扩散层）通常位于电极和流道之间，以使反应物均匀分布。

上面的方程显示了质子交换膜（PEMFC）的基本电化学反应。在燃料电池运行期间，阳极有助于将燃料（例如氢气）转化为电子和质子。生成的质子穿过膜离子层，而电子则被迫流过外部电路。最后，质子、电子和氧气在阴极反应形成水。

图 2：CCM 的示意图

催化剂涂层膜 (CCM) 是 PEMFC 的关键组成部分。CCM 由阳极、阴极和用作电解质的聚合物电解质膜离子层（例如全氟磺酸）组成。阳极和阴极由适当的催化剂层组成，并与 PEM 以层状方式粘结于 PEM 上。燃料电池运行期间的电化学反应发生在 CCM 中。

图 3：PEM 示意图

燃料电池中 PEM 的主要功能是分离阳极和阴极气体、输送质子、阻隔电子以及为阳极和阴极层提供机械支撑。

在燃料电池运行期间，PEM 在较高的相对湿度下吸收水分时会膨胀，在相对湿度较低时会随着失水而收缩。这种反复的膨胀/收缩周期会在 PEM 中产生较高的机械应力并导致随后发生机械损伤或故障。

图 4：适用于 MEA 的 ePTFE 骨干

ePTFE 增强材料可以显著提高 PEM 的耐用性和使用寿命。在膨胀/收缩循环中，ePTFE 的强大机械强度和化学惰性会产生保持力，从而抵消由此产生的膨胀/收缩力。因此，ePTFE 增强膜比致密膜（非增强型）表现出明显更好的机械耐久性。

实际上，如果没有采用经工程化并以 ePTFE 增强的质子交换膜，美国能源部就无法实现轻型车辆 8000 小时和重型车辆 30000 小时的耐久性目标。

此外，更薄、更高效的 ePTFE 膜可以提供这种至关重要的增强效果，同时有助于保持高电流密度，从而减少堆叠中的电池，从而降低总重量。可以在不影响强度、性能或发电量的情况下做到这一点。

大多数质子交换膜都需要针对每种特定应用进行精密设计。例如，固定式燃料电池、轻型车辆和重型车辆的要求差异很大。因此，能够获得用于 PEM 膜增强的多种 ePTFE 结构，使原始设备制造商能够指定所需的 ePTFE 增强材料及优化燃料电池性能的化学成分。

为满足 OEM 的多样化需求，唐纳森已针对多种应用开发了不同代的薄膜。我们的产品为每种独特的应用提供工程设计解决方案，如下所示。

唐纳森广泛的专有 Tetratex™ ePTFE 膜产品组合经过几十年的研究和开发，不断满足严格的行业性能要求，同时支持 OEM 对减少堆栈尺寸和降低总拥有成本的要求。Tetratex 仅由唐纳森制造和分销，强调高质量制造与客户服务，以确保稳定供应和及时交付。

通过提供多种 ePTFE 氢燃料电池膜技术选项以满足一系列的规格和应用，唐纳森为 OEM 和一级/二级供应商提供：