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摘要
考察了1.9 k W质子交换膜燃料电池电堆在低氢气化学计量比,电流快速连续变载条件下的耐久性。在244 h工况运行后,在电流密度为800 m A×cm-2的条件下,电堆单电池平均电压从0.616 V下降到0.464 V,衰退率为0.623m V×h-1,由此可见电堆出现快速性能衰退。在实验过程中,车载工况使得电堆阴阳极进气压力以及进气温度出现明显波动,从而导致膜电极组件(MEA)遭受周期性的机械应力与热应力冲击。此外,在氢气化学计量比为1.05条件下,电流快速连续加载会导致供气系统响应迟缓,气体供应不及时,甚至导致燃料局部供应不足,这可加剧载体碳腐蚀。极化曲线、循环伏安法(CV)测试、电化学交流阻抗谱(EIS)表征发现,电化学活性面积的下降引起了电堆的快速、不可逆的衰退。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征显示阳极催化层厚度变薄,阴阳极催化剂颗粒出现不同程度的长大。可见,在车载工况下,由于低氢气计量比引起的局部缺氢,加速了碳载体腐蚀,并使Pt颗粒的团聚以及流失,影响燃料电池性能。
