缺氣引起負(fù)電壓對(duì)膜電極及電池性能的影響研究.pdf

1、PEMFC是將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓╇娧b置，具有啟動(dòng)速度快、能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，質(zhì)子交換膜燃料電池作為汽車(chē)動(dòng)力源具有廣泛的應(yīng)用前景，目前已有不少燃料電池車(chē)投入試運(yùn)行階段，但是由于車(chē)用燃料電池汽車(chē)運(yùn)行環(huán)境惡劣，電池使用壽命不長(zhǎng)，制約了燃料電池的廣泛使用。
　　 隨著PEMFC研究的深入，發(fā)現(xiàn)PEMFC在運(yùn)行過(guò)程中，除了催化劑的老化、中毒，氣體擴(kuò)散層的腐蝕、污染，造成PEMFC壽命減少的因素外，電池的快速啟停以及

2、瞬間負(fù)載的變化，也是造成電池性能衰減、壽命變短的重要因素。電池的快速啟停等許多情況下容易造成電堆中某一片或多片電池出現(xiàn)缺氣現(xiàn)象，導(dǎo)致電池電壓發(fā)生逆轉(zhuǎn)，即直接由能量的提供者變成能量的消耗者，這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致整個(gè)電堆燒壞，甚至發(fā)生爆炸，造成整個(gè)電池失效。有不少?lài)?guó)內(nèi)外文獻(xiàn)表明無(wú)論是H2或空氣缺氣，電池產(chǎn)生負(fù)壓現(xiàn)象對(duì)膜電極的傷害都是不可逆轉(zhuǎn)的。電池產(chǎn)生負(fù)壓后，在陰極發(fā)現(xiàn)碳載體的腐蝕以及催化劑的流失與團(tuán)聚現(xiàn)象，造成催化層的活性面積減少，導(dǎo)致電池性

3、能下降。電池產(chǎn)生負(fù)電壓后，在電池的陰陽(yáng)極可能存在氫氧混合的情況，在催化劑的作用下較快的發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致局部溫度上升較快，從而可以導(dǎo)致MEA被燒穿，引起電池的失效。
　　 研究缺氣狀況下的負(fù)電壓對(duì)膜電極及整個(gè)電池性能產(chǎn)生的影響有著重要的科學(xué)與實(shí)用意義。本文主要針對(duì)電池陰、陽(yáng)極缺氣情況下，電池產(chǎn)生負(fù)電壓對(duì)MEA及電池性能的影響進(jìn)行了研究，特別是隨著負(fù)電壓的大小以及時(shí)間的變化對(duì)MEA及電池性能的影響做了深入的探討分析。論文分為五個(gè)部分：

4、第一部分主要回顧了國(guó)內(nèi)外質(zhì)子交換膜燃料電池負(fù)電壓的研究進(jìn)展，通過(guò)研究人員提出的各種論點(diǎn)，找出前人研究的有益結(jié)論，同時(shí)結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)思考各結(jié)論的合理性和局限性，提出自己針對(duì)負(fù)電壓對(duì)膜電極及電池性能影響的看法，進(jìn)行自己的選題工作；第二部分回答了影響膜電極衰減的因素及測(cè)試方法，告訴讀者影響膜電極衰減的因素主要有膜的化學(xué)降解、電化學(xué)降解、MEA的物理?yè)p壞三個(gè)方面，并對(duì)膜的耐久性、催化劑的耐久性、MEA的整體耐久性檢測(cè)方法做了概括。第三部分結(jié)合理

5、論分析，通過(guò)氣體過(guò)量系數(shù)對(duì)電池電壓的影響進(jìn)行測(cè)試，得出氣體過(guò)量系數(shù)對(duì)電池電壓的影響。隨著H2過(guò)量系數(shù)的減少，電壓下降到負(fù)電壓值的時(shí)間越短以及負(fù)電壓值越大。隨著空氣過(guò)量系數(shù)的減少，電壓迅速降到負(fù)電壓。第四部分研究了缺氣產(chǎn)生負(fù)電壓對(duì)膜電極的影響，分別對(duì)產(chǎn)生負(fù)電壓后的陰極和陽(yáng)極催化層做了測(cè)試與表征。當(dāng)氫氣缺氣產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，隨著負(fù)電壓以及時(shí)間的增加，發(fā)現(xiàn)陰極催化層孔洞增大增多，催化劑團(tuán)聚及流失現(xiàn)象嚴(yán)重，催化層的活性面積減少。當(dāng)空氣缺氣產(chǎn)生負(fù)電壓