質(zhì)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(zhì)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(duì)加快燃料電池商業(yè)化進(jìn)程至關(guān)重要。隨著燃料電池商業(yè)化的迫近，對(duì)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(zhì)子交換膜燃料電池為研究對(duì)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(yùn)行300 h；

2、另一種為動(dòng)態(tài)工況：兩個(gè)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(guò)記錄極化曲線和電壓隨時(shí)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(yùn)用循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、線性掃描(LSV)等電化學(xué)測(cè)試方法在線監(jiān)測(cè)MEA的性能變化，分析各種極化過(guò)程對(duì)電極性能的影響，同時(shí)通過(guò)SEM&EDX、TEM和XRD等離線測(cè)試手段比較實(shí)驗(yàn)前后MEA的微觀結(jié)構(gòu)變化，從

3、催化劑的活性和電極的微觀結(jié)構(gòu)方面探尋電極性能衰減的原因。 研究發(fā)現(xiàn)：不同負(fù)載條件下PEMFC膜電極衰減程度不同，衰減速度亦不同，動(dòng)態(tài)負(fù)載下的兩個(gè)電池，電流密度變化較大的電池性能衰減最嚴(yán)重，電流密度變化相對(duì)緩和的電池性能衰減較少，而恒流密度下運(yùn)行的電池性能基本不變。文中提出快速評(píng)價(jià)燃料電池壽命的方法。同時(shí)指出：陰極催化層電化學(xué)活性表面積的減少，電池電化學(xué)電阻或歐姆電阻的增加，催化劑粒徑的長(zhǎng)大、溶解和遷移等因素的綜合作用，是導(dǎo)致PE

4、MFC膜電極衰減的重要原因。提出電化學(xué)測(cè)試中吹掃電極和電位掃描，是恢復(fù)電極性能或緩解電極性能衰減的有效方法。另外，通過(guò)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(shí)際電池生成水，探討了金屬離子對(duì)電解質(zhì)膜、電極催化層和擴(kuò)散層的影響。結(jié)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?。辉谖廴境潭认嗤那闆r下，膜的污