基于紅外成像的PEMFC氫氧混合催化燃燒對(duì)MEA安全性影響.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種零污染、高能效的電源具有廣泛的應(yīng)用前景。但在實(shí)際燃料系統(tǒng)的研發(fā)過程中，燃料電池系統(tǒng)啟停時(shí)存在氫氧界面，膜電極(MEA)局部缺陷、系統(tǒng)故障等都可能使得氫氧混合氣體直接接觸MEA。這些情形下除產(chǎn)生電化學(xué)問題外，還發(fā)生最簡(jiǎn)單的催化燃燒，也可能影響MEA電性能及安全性問題，對(duì)氫氧燃料電池更是如此。
　　本文基于紅外成像技術(shù)，通過模擬燃料電池電堆的啟停過程、MEA局部缺陷、系統(tǒng)故障等導(dǎo)致氫氧混合和ME

2、A接觸，探究了若干條件下催化燃燒下對(duì)MEA溫度變化及性能的影響。結(jié)果如下:
　　(1) PEM燃料電池在啟動(dòng)與停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的氫氧界面會(huì)發(fā)生催化燃燒。
　　(2)氫氧界面上發(fā)生的催化燃燒前沿隨反應(yīng)氣體的擴(kuò)散而擴(kuò)展，同時(shí)導(dǎo)致MEA溫度有所上升，溫升幅度受參入反應(yīng)氣體的量的影響，相同條件下停機(jī)和啟動(dòng)狀態(tài)相比，前者存在的氫氧界面導(dǎo)致的MEA溫升高于后者。
　　(3)隨著氫氣流量由20ml/min增加至120ml/min，催化反應(yīng)

3、燃燒前沿?cái)U(kuò)展加快，但MEA溫升變化不大，在8.5℃左右;電池溫度由室溫增加至60℃，氫氧界面反應(yīng)導(dǎo)致的MEA溫升增加;氫氣濕度由100％降低至40％時(shí)，氫氧界面反應(yīng)導(dǎo)致的MEA溫升也增加。
　　并且對(duì)MEA典型的局部缺陷包括膜出現(xiàn)針孔、擴(kuò)散層裂紋及脫落，以及在系統(tǒng)發(fā)生某些故障時(shí)，可能使得氫氣與空氣有較大量的混合。并對(duì)MEA上催化燃燒情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果如下:
　　(1) MEA擴(kuò)散層局部脫落使得催化層直接接觸氫空氣體，溫

4、升約8-10℃，有助于催化燃燒，但影響不是非常明顯。
　　(2) MEA存在針孔時(shí)氫空氣體直接泄漏到另一側(cè)，產(chǎn)生持續(xù)的催化燃燒，溫升高至約70℃，通過MEAⅤ-Ⅰ性能測(cè)試和循環(huán)伏安掃描測(cè)試，催化燃燒帶來的高溫改變了催化層活性面積和微觀結(jié)構(gòu)，既影響電池性能，也影響電池安全。
　　(3)在氫空或氫氧反應(yīng)氣體混合后直接和MEA接觸的情況下，極容易產(chǎn)生高溫，特別是與空氣反應(yīng)時(shí)，溫度累積至395℃極容易產(chǎn)生高溫，達(dá)到活性炭燃點(diǎn)，而與氧