基于EIS的質(zhì)子交換膜燃料電池的性能研究及其在空冷型結(jié)構(gòu)中應(yīng)用.pdf

1、空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池具有尺寸小、重量輕，適宜在室溫工況下運行且啟動迅速等特點，因此，適用于應(yīng)急、便攜等應(yīng)用場合。本文首先基于EIS方法，研究了不同操作條件下，質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的運行特性，在此基礎(chǔ)上研究了新型空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的性能及穩(wěn)定性。具體內(nèi)容如下：
　　為研究電池運行溫度以及反應(yīng)氣體利用率對 PE MF C單電池性能的影響，本文分別測試了在常規(guī)工況下,不同運行溫度以及不同反應(yīng)氣體利用率單電池的伏安特性曲線以

2、及E IS圖譜。結(jié)果表明在進氣增濕溫度相同的條件下，電池性能隨運行溫度的升高而下降；氫氣利用率對電池性能影響不大；隨著空氣利用率的提高，電池性能下降，但是在過低的空氣利用率情況下，燃料電池性能也有所下降。
　　進一步將單電池的運行溫度設(shè)定為與空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池運行相接近的室溫工況，在此基礎(chǔ)上，研究電池陰極和陽極的增濕溫度為室溫以及電池陰極和陽極反應(yīng)氣體不增濕的情況對單電池的性能影響和EI S圖譜。研究結(jié)果表明：當(dāng)單電池在工況

3、1（工況1：陽極進氣不增濕、陰極進氣增濕溫度為室溫）下運行時，其性能與該電池在工況2（工況2：陰、陽極兩側(cè)同時增濕且增濕溫度設(shè)定室溫） 下運行時有所下降。在低電流密度（200mA/cm2）條件下，單電池在工況1下運行時，其阻抗略小于在工況2下運行的阻抗；隨著電流密度的增大（600mA/cm2-800mA/cm2），單電池在工況1下運行時，其阻抗開始大于在工況2下運行時的阻抗。此外，當(dāng)電池在工況3（工況3：陰極進氣不增濕，陽極進

4、氣增濕溫度為室溫）下運行時，其性能較之在工況2下運行時有所下降；在低電流密度（200mA/cm2）條件下，當(dāng)單電池在工況3下運行時，其阻抗較之工況2下運行略大，對于中等電流密度（600mA/cm2）情況，單電池運行在工況3和工況2時，兩者的阻抗差距更為明顯，但在大電流密度條件（800mA/cm2）下，單電池運行在工況3和工況2時，兩者阻抗差距反而減小。
　　最后，針對現(xiàn)有的空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，提出了一種新型的