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

作     者：蔡赛杰 朱昊宁 张卓 陈俊宏 陶文铨 

作者机构：西安交通大学能源与动力工程学院 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：陕西省科技厅基金资助项目(2019ZDXM3-01) 国家储能技术产教融合创新平台(中心)基金资助项目 博士后创新人才支持计划资助项目 (BX20240285M) 

主　　题：质子交换膜燃料电池 耐久性 加速老化测试 膜电极老化 

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，本文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以及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，本研究在自行设计的8片PEMFC电堆上进行了80小时加速老化测试。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%到12%之间，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。