质子交换膜燃料电池与氢分压的关系

　　在一项新的研究中，研究人员在理解氢分压与质子交换膜燃料电池(pemfc)性能之间的关系方面取得了重大进展。他们的发现可以通过简化过程、降低成本和加强安全措施来彻底改变燃料电池的质量测试。他们的研究成果发表在《工业化学与材料》杂志上。

　　宝马公司的Felix Haimerl解释说:“我们的目标是通过探索不使用纯氢的新策略，显著降低PEM燃料电池的质量测试成本。”在阳极流中降低氢浓度的情况下进行质量测试可以降低测试站的安全要求和相关成本。

　　研究小组在第一步研究了降低氢分压对PEM燃料电池性能的影响。他们的分析揭示了阳极侧的偏差和电化学效率的整体下降。

　　质子交换膜(PEM)燃料电池的工作原理是电化学转换，利用氢和氧产生电能，唯一的副产品是热和水。它们的效率通常超过50%，使其成为各种应用的令人信服的选择，因为它们在各种操作条件下都能保持这种效率。值得注意的是，PEM燃料电池为各种运输应用提供了一种有前途的、清洁的化石燃料燃烧替代品。

　　随着行业从开发阶段过渡到大规模生产pemfc，越来越需要建立稳定且具有成本效益的制造工艺。一个重要的挑战是这些燃料电池必须经过严格的质量测试。目前，最先进的质量控制程序主要依赖于氢气操作，这引起了安全问题，反过来又导致了与测试站相关的高成本。

　　降低氢分压的测试程序可以避免这些问题。然而，由于PEM燃料电池的阴极侧通常是速率决定的，很少有研究探讨降低氢分压对燃料电池性能的影响。

　　Haimerl和他的同事阐明了降低氢分压对燃料电池性能的影响。他们的研究包括全面的实验，在36千帕到190千帕的氢气分压水平范围内记录极化曲线和阻抗谱。通过用氮气稀释氢流，同时保持恒定的氢流，研究人员将氢分压的影响与氢饥饿的影响分离开来。

　　结果表明，随着氢分压的降低，PEMFC的性能明显下降，在更高的电流密度下，这种影响变得更加明显。阻抗谱分析可以深入了解性能下降的机制。为了解释阻抗数据，研究人员引入了等效电路模型，该模型与实验结果吻合良好。

　　该等效电路模型揭示了阳极电荷转移电阻与氢分压之间的指数关系。

　　该研究在理解氢分压如何影响PEMFC性能方面取得了重大突破。研究人员的目标是在获得的知识基础上进一步评估低氢分压在质量测试中的应用。

　　海默尔说:“我们目前正在对有缺陷的燃料电池进行实验，以测试我们是否能在降低氢浓度的情况下发现典型的缺陷。”最终，该结果可能为简化燃料电池质量测试、降低成本和降低安全要求铺平道路。

　　更多信息:Felix Haimerl等人，低氢分压下PEM燃料电池的电化学阻抗谱:大规模生产的高效电池测试，工业化学与材料(2023)。引文:理解质子交换膜燃料电池和氢分压之间的关系(2023年，12月18日)检索自2023年12月18日https://techxplore.com/news/2023-12-relationship-proton-exchange-membrane-fuel.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。