质子交换膜燃料电池反极现象研究

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1、武汉理工大学硕士论文摘要论文采用交流阻抗法模拟电池反极机理，并首次采用串联蓄电池法利用单电池测试系统模拟电堆中某单池反极的现象，得到了质子交换膜燃料电池电堆水淹电极引起反极以及气体化学计量比不足时引起反极时对燃料电池电催化剂的伤害和影响，实验得出，由于电化学过程占主要影响因素，反极后开路电压没有变化，反极对质子交换膜的降解几乎可以忽略，但是对电催化剂的性能有致命伤害。论文通过分析质子交换膜燃料电池传导机理和反极机理，依据电堆模型，首次通过模拟电路设计研究分析水淹电极和气体不足这两种典型的反极现象。通过新型流场设计，对防范水淹电极作了深入研究。比较了

2、液态水存在的量对燃料电地发电性能及龟化学性能进行研究，进一步证明了液态水对燃料电池极限电流的影响。通过对反极后催化剂和CCM的测试分析，进一步发现反极对质子交换膜的伤害极其微弱，但是电催化剂的粒径显著增大，催化活性面积减少。该研究对深入理解燃料电泄机理和电催化热的失效防护有重要启发。研究冠时发现：(1)由于阴极液态水的存在引起局部反极，对燃料电池性能存在负面影响。尤其表现在大电流时，生成液态水越来越多，同时需要扩散的反应气体的量却越来越大在气相和电解质界面，阴极液态水存在增大了氧气传质阻力，由于氧气在水中溶解度极小，故液态水存在严重组胺反映气体传质

3、，降低燃料电池的电化学性能：水淹电极主要发生在阴极侧，对电池阳极影响较小。而且反极后排掉液态水后电池性S2无太大变化，甚至在短时阕内性能有所上碧，鼹此时对电催化剂影响较小。(2)燃料电池流场设计可以在某种程度上减少或者避免水淹电极的发生，综合叙述了流场设计应该注意的原则以及现有的设计优缺点．提出一种新型的流场设计，经实验和模拟分析，对丰非除流场中液态水有独特效果。(3)气体不足引起反极是燃料电池研究者需要极力避免发生的，因为在燃料或者氧化剂不足时，对电催化剂将造成永久的不可恢复的伤害，由SEM，武汉理工人学硕上论文TEM，XRD，XPS以及循环伏安

4、等测试分析手段可以知道，30秒的气体不足引起反极后的催化剂颗粒粒径会增大50％左右，催化的有效催化活性面积损失18％左右，而且有部分CO及C02生成。(4)通过交流阻抗的模拟分析，可以加入电化学电位较低活性高的物质保护铂碳催化剂，当燃料或氧化荆不足时最先发生电化学反应即是这些新的物质，而铂碳受到的伤害大大减少。关键词：质子交换膜燃料电池；反极；水淹电极；气体不足；降解武汉理工大学硕士论文Abstract111epaperusestheexchangemeshmethodsimulationbatteryinsteadextremelymechani

5、sm．andusesinforthefirsttimetlleseriesaccumulatorcelllawusecelltestsystemsimulationvollaicpilesomeShanChifantheextremelyphenomenon，obtainedtheprotonexchangemembranefuelcellvoltaicpilefloodingelectrodetohavedirectedtherebellionextremelyaswellasthegaschemistrymeasurementcomparedt

6、Oinsufficiencywhendirectstherebellionextremelywhentothefuelcellelectricitycatalystinjuryandtheinfluence，theexperimentobtains，becausetheelectrochemicalprocessoccupiedthemajore丘bctfactor,aftertheopen—circuitvoltagedidnothavethechangeinsteadextremely,thecounter—polepairprotonexch

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