阴极湿度与电流密度对PEMFC性能的协同影响

陆佳斌，申欣明，陈 明，朱凤鹃，章俊良

(1.上海唐锋能源科技有限公司，上海 200240；2.上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所，上海 200240)

质子交换膜燃料电池是通过电化学反应，将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的绿色能源设备，具有能量密度大、转化效率高、噪音低等优点，被认为是最具有前景的绿色能源之一。质子交换膜燃料电池主要由质子交换膜(PEM)、催化层(CL)、扩散层(GDL)以及双极板(BPP)等组成。其中，质子交换膜、阴阳两极的催化层以及扩散层通常被装配为一个整体，即膜电极(MEA)。电池运行时，氢气在阳极催化剂的作用下分解成质子与电子，质子通过质子交换膜到达阴极催化层，而电子通过外电路做功以后到达阴极催化层。最后，氧气分子与质子、电子在阴极催化层中反应生成水，完成电池内部的整个化学过程。燃料电池基本结构如图1 所示。

图1 燃料电池基本结构

阴、阳极气体的进气湿度、温度、气压、计量比、流动模式等参数均会影响电池性能。气体的进气湿度决定了进气气体带入电池的水量，会直接影响电池内部的水平衡[1-2]。进气温度则与电池内部的化学反应速率直接相关，温度越高，化学反应速率越大[3-4]。进气气压则对电化学反应速率与电池排水能力有重大影响，气压越大，反应速率越大，电池排水能力越弱[5-6]。计量比则直接决定了气量与流速，在一定限度下，随着计量比提高，气体气量增大，性能提高[7]。气体流动模式是指阴、阳极气体进气侧是否为同侧。……