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存水量对电池PEMFC性能的影响 |
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日期:2009-6-9 9:32:40 |
电池由两块石墨极板以及两块有机玻璃端板组成。石墨板的一侧加工成平行沟槽流场,另一侧加工成水的流场用以控制电池工作时的温度。通过模拟燃料电池停车后以不同的贮水量在零度以下保存研究了电池内存水量对性能衰减的影响,目前通常使用的实验方法是采用对电池进行冰冻-解冻的循环方法来模拟电池在实际应用中可能遇到的环境,进而考察电池停车后放置在低温的环境下可能带来的损害。本文通过让电池以小同的贮水量在-10℃下保存,经历8次冰冻解冻循环,研究了贮水量对电池低温保存性能衰减的影响。 用作冰冻解冻循环的电池首先经过活化以及初始性能测试,然后利用干的空气进行吹扫移除内部的水。电池内贮留水量则是通过计算电池反应产生的水减去出口气带出的水而得到的,电池按照设汁步骤完成肩动后,立即将进出口密封好并放人低温试验箱并放置1.5 h,随后取出电池在室温中解冻然后对其进行表征,重复8次这样的循环。而在每次循环之前都在室温环境下对电池吹扫直到出口气体湿度降到约45%以确保每次低温保存时电池内的水量都是一致的。电化学阻抗可以提供电池内部的动力学常数、电荷转移过程以及膜增湿情况等的相关信息,对于H2/O2燃料电池由于阳极H2氧化非常快,因此可以作为参比电极同时作为对电极,并且在这里认为它的过电势是可以忽略的,阴极则作为工作电极。 一般来说,电化学阻抗谱中高频区圆弧与实轴的交点代表电池的欧姆电阻(R1),高频区圆弧体现的极化电阻是电荷转移电阻(Rct)和催化层内部的双电层电容(Cdl)的综合,但是当反应气在催化层内扩散效应不能忽略时,高频区圆弧直径体现的极化电阻严格来讲应包括内扩散电阻,而这里的双电层电容认为是一个恒定值,因此圆弧直径体现的是包括电荷转移电阻和内扩散电阻的总极化电阻(Rp)。因此欧姆电阻没有发生改变意味着冰冻循环并没有明显改变电池的接触电阻和膜电阻。 当电池水量较小时,圆弧直径体现的极化电阻没有明显的变化,而在大水量电池中则可以明显看到其随循环次数的单调增长。由于这里的极化电阻既包括了电荷转移电阻又包括催化层内扩散电阻,因此可以看出贮水量较高的电池随着冰冻次数的增加上述两个方面至少其一受到了严重影响。为了考察电池性能衰减的原因,在循环过程中对电池进行了循环伏安扫描以分析催化剂电化学活性表面积的变化,通过氢脱附峰可以讣算得到催化剂的电化学活性表而积。 经历8次循环后,催化剂的电化学活性表面积并没有明显的减小。由于电化学活性表面积反映的是催化剂与质子通道(膜及立体化用的Nafion树脂)及电子通道(碳)接触的部分活性表面积,一定程度体现着化学反应的活性,当然在实际过程中还要考虑到反应气能到达的活性位,即三相界,尽管如此,可以认为电荷转移电阻没有受到很大影响。
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