运行参数对质子交换膜燃料电池堆耐久性影响的实验研究

蔡赛杰; 朱昊宁; 张卓; 陈俊宏; 陶文铨

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (5) : 1 -11.

蔡赛杰, 朱昊宁, 张卓, 陈俊宏, 陶文铨

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摘要

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)在多变工况下的耐久性较差的问题，研究了氢燃料电池电堆老化过程中的气体分配、电压恢复和电压衰减速率规律、单片电池膜电极参数之间的差异和电池老化之间的关系。基于新欧洲驾驶循环标准工况制定了耐久性测试流程，在自行设计的8片PEMFC电堆上进行了80 h加速老化测试。实验结果显示，电堆基准电压的平均衰减速率为1.4 mV/h,考虑重启造成的水热状态恢复引起的电压上升，电堆的平均衰减速率降低为0.55 mV/h。各膜电极老化前后的电化学反应面积变化在7%～12%,但其他膜电极指标存在显著差异，表明水热状态存在较大差异。从空气分配特性看，单电池空气侧的流量分布及电压衰减速率呈双峰分布，且随着流量增大，峰值差异加大，流量高点对应的电压衰减速率达到最高，表明老化速率与空气侧流量正相关。靠近端板的电池老化程度明显高于平均水平，但电压衰减速率并非最大，表明其主要经历了可逆老化，较高的电压恢复速率也验证了这一点，中间电池的老化速率都在0.6 mV/h左右。