高湿环境下质子交换膜燃料电池停机恢复的实验研究

朱昊宁; 袁斌; 陈俊宏; 黄嘉龙; 何泽鸿; 何璞; 陶文铨

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (12) : 11 -20.

朱昊宁, 袁斌, 陈俊宏, 黄嘉龙, 何泽鸿, 何璞, 陶文铨

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摘要

针对高湿环境下质子交换膜燃料电池(PEMFC)因水管理恶化导致性能可逆衰减的问题，开展了不同停机时长对性能恢复的调控机制的研究。对8片电堆开展了20段80 h的加速老化测试和300 h停机恢复实验。设置短期(1 h)、隔夜(10 h以上)和长期(72 h以上)3类停机时长，定量测量半功率/全功率电压衰减量及膜电极参数，根据恢复效果和时间的关系，将机理分解为对数、线性和常数3类，建立数学模型，分析了不同机理对电压恢复的贡献率。研究发现：单段加速老化导致全功率电压衰减8.31%,半功率电压衰减2.46%;长期停机基本可以完全恢复当期加速老化引起的全功率电压可逆衰减，并作用于历史积累的衰减，恢复率可达110%,隔夜和短期停机恢复率分别为65%和50%;恢复核心机制随时长演变，短期停机依赖渗氢和吹扫直接作用，长期停机以水管理优化和离聚物重排为主；高湿环境下PEMFC性能衰减以可逆成分为主，长期停机通过水管理优化和离聚物重排机理，可完全逆转当期衰减并部分修复历史累积衰减。该研究可为车载PEMFC系统频繁启停的维护策略提供量化支撑。