質子交換膜燃料電池膜電極穩(wěn)定性研究.pdf

1、膜電極(MEA)是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的核心部件，其性能不僅直接決定燃料電池的性能，而且對加快燃料電池商業(yè)化進程至關重要。隨著燃料電池商業(yè)化的迫近，對核心部件MEA穩(wěn)定性的研究意義更顯重大。 本文選擇以氫氣為燃料、空氣為氧化劑的車用常壓質子交換膜燃料電池為研究對象，旨在研究PEMFC的核心部件——MEA在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性情況。一種情況為穩(wěn)態(tài)工況：電池在500 mA/cm<'2>恒定電流密度下連續(xù)運行300 h；

2、另一種為動態(tài)工況：兩個電池分別在100-500 mA/cm<'2>和0-500 mA/cm<'2>兩種不同脈沖放電模式下連續(xù)工作300h。通過記錄極化曲線和電壓隨時間的變化曲線比較MEA在三種不同條件下的穩(wěn)定性情況，運用循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、線性掃描(LSV)等電化學測試方法在線監(jiān)測MEA的性能變化，分析各種極化過程對電極性能的影響，同時通過SEM&EDX、TEM和XRD等離線測試手段比較實驗前后MEA的微觀結構變化，從

3、催化劑的活性和電極的微觀結構方面探尋電極性能衰減的原因。 研究發(fā)現(xiàn)：不同負載條件下PEMFC膜電極衰減程度不同，衰減速度亦不同，動態(tài)負載下的兩個電池，電流密度變化較大的電池性能衰減最嚴重，電流密度變化相對緩和的電池性能衰減較少，而恒流密度下運行的電池性能基本不變。文中提出快速評價燃料電池壽命的方法。同時指出：陰極催化層電化學活性表面積的減少，電池電化學電阻或歐姆電阻的增加，催化劑粒徑的長大、溶解和遷移等因素的綜合作用，是導致PE

4、MFC膜電極衰減的重要原因。提出電化學測試中吹掃電極和電位掃描，是恢復電極性能或緩解電極性能衰減的有效方法。另外，通過配制含15μg/mL Ca<'2+>、2.5μg/mL Mg<'2+>和20μg/m LNa<'+>三種混合溶液的金屬離子，模擬實際電池生成水，探討了金屬離子對電解質膜、電極催化層和擴散層的影響。結果表明：在相同濃度的金屬離子溶液中，催化層中氫離子受金屬離子污染程度比膜中氫離子受污染程度小；在污染程度相同的情況下，膜的污