MEA活化机理及类型
质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件是膜电极MEA（Membrane Electrode Assembly），其性能的发挥很大程度上决定了PEMFC性能的高低。MEA 几个主要组成部分（电催化剂、质子交换膜和扩散层）的性能以及 MEA 的制备工艺对其性能固然有着很大影响，但是为了使 PEMFC 在开始工作后能快速达到它的最佳状态和工作性能，在制备好 MEA 并将其组装成燃料电池堆进行正常测试运行前，通常都要对 MEA 进行活化处理。此外，对于PEMFC长期停放一段时间而引起的性能衰减，也可以通过MEA活化在一定程度上恢复PEMFC的性能。
PEMFC的活化可以提高铂催化剂的活性，增加催化剂的利用率，加强质子交换膜的水合作用，提高燃料电池的输出性能。因此，MEA活化方法的选择对PEMFC的性能非常重要。合理的活化方法，不仅可以提高PEMFC的性能，还可以极大地减少活化时间和降低气体燃料用量，从而大幅度降低活化成本。
1.MEA的活化机理
(1）PEM的加湿过程
PEM含水率增加，有利于质子电导率提高及降低欧姆内阻，使得PEMFC的效率提高。PEM加湿方法主要有
加湿的反应气体携带水蒸气透过GDL到达催化剂表面，对PEM进行加湿;
经过电极反应在阴极生成的水通过浓差扩散对PEM进行加湿。
(2）电子传输通道的建立过程
PEMFC的MEA中,Pt/C催化剂和GDL是电子的良导体，在电极的活化过程中，特别是变流强制活化后PEMFC的综合电阻R值相对于不活化的R值显著变小，这是活化过程中电子通道得以建立的必然结果。
(3）质子传输通道的建立过程
质子是通过全氟磺酸离子聚合物(lonomer)的亲水性阳离子交换基团——SOsH进行交换和传递随着活化过程（即电极反应)的进行，质子导体lonomer在高度分散的催化剂间得以形成一个连续的三维网络，使质子得到更好的传输。
(4）气体传输通道的建立过程
在PEMEC的MEA活化过程中，经过加湿的氢气和氧气首先必须通过疏松多孔的气体扩散层，然后穿过催化层到达与膜接触的三相界面区发生电极反应。活化过程改善了气体扩散层的结构，扩展了催化层中的气体通道以及三相界面，有利于气体的传递。
(5）水传输通道的建立过程
PEMFC中的水分由水传输及水平衡决定。随着MEA活化过程中电极反应的进行，伴随着水在气体扩散层、电极催化层以及膜内的扩散、传递、生成及排除等过程，使水在MEA中逐渐达到平衡并建立了传递通道。
(6）电极结构的优化过程
通过活化过程使得MEA的微观结构发生某种变化，这种变化趋向于使得电极中4种通道（电子、质子、反应气体和水）的构成，即各种组分的配比达到最佳化。
综上所述，MEA的活化过程不仅仅是质子交换膜的加湿过程，而且是一个具有多种作用和影响的复杂过程。在MEA的活化过程中，当有利于电催化剂利用率和活性提高的MEA的微观变化和结构得以建立时，MEA将较快地表现出较高的性能，从而完成PEMFC的活化。
MEA的活化对提高PEMFC性能、降低开发成本及缩短产品开发时间具有非常重要的意义。因此，
根据PEMFC的实际应用场景，充分结合三种不同活化方式的特点，设计合理的活化工艺路线，可以提高PEMFC的性能和使用寿命。
2.MEA活化类型
PEMFC的活化工艺有很多种，实际应用过程中根据PEMFC的放电状态，可归纳为三种类型:预活化型(未放电），放电活化型和恢复活化型(放电一段时间后）。
预活化
预活化特点：PEMFC未放电，可以减少PEMFC从完成组装到实际投入使用的时间，活化效果—般。
预活化实例：沸水煮MEA，PEMFC注水或浸泡润湿等。
预活化型是指对组装PEMFC电堆前的MEA组件或未放电的PEMFC进行预活化，从而减少PEMFC的放电活化时间并提高其性能。
预活化法可以提高PEMFC的Pt利用率和MEA质子交换膜的润湿，从而提高PEMFC的性能。尽管预活化工艺比较单一，对PEFMC的性能提升有限，但是对PEMFC进行预活化可以节约燃料的消耗并缩短后续的放电活化时间，大大好缩减了PEMFC的整体活化成本，在实际应用过程中非常有必要对PEMFC进行预活化。
放电活化
放电活化特点：放电活化过程中产生的水使得MEA逐渐润湿，同时提高催化剂的活性位点和降低电堆的整体内阻，提高PEMFC的整体性能和稳定性，活化效果最好。
放电活化实例：主要有恒流放电活化、变流放电活化。
天津大学在单体电池上对PEMFC的MEA采用3种放电活化工艺，研究结果表明，变流强制活化是一种比较理想的活化方法，能在较短的时间内使MEA的性能得到较大程度的发挥。
恢复活化
恢复活化特点：PEMFC放置较长—段时间，采用恢复活化可在一定程度上恢复PEMFC的性能。
恢复活化实例：PEMFC长期停放。
PEMFC长期停放一段时间后，其放电性能会产生衰减，主要是MEA内部的水分蒸发以及催化剂表面氧化等原因造成PEMFC性能下降，通过恢复活化法可以在一定程度上恢复PEMFC的放电性能。
为了避免 PEMFC长期停放而导致失效，可以在PEMFC 中封闭一定量的N2(湿度:100% RH)，避免 PEMFC内部的水分蒸发和Pt催化剂的氧化。这种方法在实践中得到验证，是一种有效的PEMFC保存方法。
小结
随着PEMFC的技术进步，MEA的制备工艺不断改进，由现在的CCM型MEA逐渐过渡到有序化MEA。催化剂的研究则由目前的Pt及其合金转向非贵金属和非金属催化剂，质子交换膜也由Nafion膜向复合膜和新型质子交换膜发展。因此，有必要对PEMFC的活化机理进行深入研究，根据MEA的制备工艺，设计合理的活化工艺，才能更有效地提高PEMFC的综合性能。
