基于EIS的質子交換膜燃料電池的性能研究及其在空冷型結構中應用.pdf

1、空冷型質子交換膜燃料電池具有尺寸小、重量輕，適宜在室溫工況下運行且啟動迅速等特點，因此，適用于應急、便攜等應用場合。本文首先基于EIS方法，研究了不同操作條件下，質子交換膜燃料電池單電池的運行特性，在此基礎上研究了新型空冷型質子交換膜燃料電池的性能及穩(wěn)定性。具體內容如下：
　　為研究電池運行溫度以及反應氣體利用率對 PE MF C單電池性能的影響，本文分別測試了在常規(guī)工況下,不同運行溫度以及不同反應氣體利用率單電池的伏安特性曲線以

2、及E IS圖譜。結果表明在進氣增濕溫度相同的條件下，電池性能隨運行溫度的升高而下降；氫氣利用率對電池性能影響不大；隨著空氣利用率的提高，電池性能下降，但是在過低的空氣利用率情況下，燃料電池性能也有所下降。
　　進一步將單電池的運行溫度設定為與空冷型質子交換膜燃料電池運行相接近的室溫工況，在此基礎上，研究電池陰極和陽極的增濕溫度為室溫以及電池陰極和陽極反應氣體不增濕的情況對單電池的性能影響和EI S圖譜。研究結果表明：當單電池在工況

3、1（工況1：陽極進氣不增濕、陰極進氣增濕溫度為室溫）下運行時，其性能與該電池在工況2（工況2：陰、陽極兩側同時增濕且增濕溫度設定室溫） 下運行時有所下降。在低電流密度（200mA/cm2）條件下，單電池在工況1下運行時，其阻抗略小于在工況2下運行的阻抗；隨著電流密度的增大（600mA/cm2-800mA/cm2），單電池在工況1下運行時，其阻抗開始大于在工況2下運行時的阻抗。此外，當電池在工況3（工況3：陰極進氣不增濕，陽極進

4、氣增濕溫度為室溫）下運行時，其性能較之在工況2下運行時有所下降；在低電流密度（200mA/cm2）條件下，當單電池在工況3下運行時，其阻抗較之工況2下運行略大，對于中等電流密度（600mA/cm2）情況，單電池運行在工況3和工況2時，兩者的阻抗差距更為明顯，但在大電流密度條件（800mA/cm2）下，單電池運行在工況3和工況2時，兩者阻抗差距反而減小。
　　最后，針對現有的空冷型質子交換膜燃料電池堆的結構設計缺陷，提出了一種新型的