質(zhì)子交換膜燃料電池反極現(xiàn)象研究.pdf

1、論文采用交流阻抗法模擬電池反極機(jī)理，并首次采用串聯(lián)蓄電池法利用單電池測(cè)試系統(tǒng)模擬電堆中某單池反極的現(xiàn)象，得到了質(zhì)子交換膜燃料電池電堆水淹電極引起反極以及氣體化學(xué)計(jì)量比不足時(shí)引起反極時(shí)對(duì)燃料電池電催化劑的傷害和影響，實(shí)驗(yàn)得出，由于電化學(xué)過(guò)程占主要影響因素，反極后開(kāi)路電壓沒(méi)有變化，反極對(duì)質(zhì)子交換膜的降解幾乎可以忽略，但是對(duì)電催化劑的性能有致命傷害。 論文通過(guò)分析質(zhì)子交換膜燃料電池傳導(dǎo)機(jī)理和反極機(jī)理，依據(jù)電堆模型，首次通過(guò)模擬電路設(shè)計(jì)

2、研究分析水淹電極和氣體不足這兩種典型的反極現(xiàn)象。通過(guò)新型流場(chǎng)設(shè)計(jì)，對(duì)防范水淹電極作了深入研究，比較了液態(tài)水存在的量對(duì)燃料電池發(fā)電性能及電化學(xué)性能進(jìn)行研究，進(jìn)一步證明了液態(tài)水對(duì)燃料電池極限電流的影響。通過(guò)對(duì)反極后催化劑和CCM的測(cè)試分析，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)反極對(duì)質(zhì)子交換膜的傷害極其微弱，但是電催化劑的粒徑顯著增大，催化活性面積減少。該研究對(duì)深入理解燃料電池機(jī)理和電催化劑的失效防護(hù)有重要啟發(fā)。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)： (1)由于陰極液態(tài)水的存在引起局

3、部反極，對(duì)燃料電池性能存在負(fù)面影響。尤其表現(xiàn)在大電流時(shí)，生成液態(tài)水越來(lái)越多，同時(shí)需要擴(kuò)散的反應(yīng)氣體的量卻越來(lái)越大在氣相和電解質(zhì)界面，陰極液態(tài)水存在增大了氧氣傳質(zhì)阻力，由于氧氣在水中溶解度極小，故液態(tài)水存在嚴(yán)重組胺反映氣體傳質(zhì)，降低燃料電池的電化學(xué)性能；水淹電極主要發(fā)生在陰極側(cè)，對(duì)電池陽(yáng)極影響較小。而且反極后排掉液態(tài)水后電池性能無(wú)太大變化，甚至在短時(shí)間內(nèi)性能有所上升，即此時(shí)對(duì)電催化劑影響較小。 (2)燃料電池流場(chǎng)設(shè)計(jì)可以在某種程度

4、上減少或者避免水淹電極的發(fā)生，綜合敘述了流場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的原則以及現(xiàn)有的設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種新型的流場(chǎng)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和模擬分析，對(duì)排除流場(chǎng)中液態(tài)水有獨(dú)特效果。 (3)氣體不足引起反極是燃料電池研究者需要極力避免發(fā)生的，因?yàn)樵谌剂匣蛘哐趸瘎┎蛔銜r(shí)，對(duì)電催化劑將造成永久的不可恢復(fù)的傷害，由SEM，TEM，XRD，XPS以及循環(huán)伏安等測(cè)試分析手段可以知道，30秒的氣體不足引起反極后的催化劑顆粒粒徑會(huì)增大50﹪左右，催化的有效催化活性面積