陰極二氧化硫和氨氣對(duì)燃料電池的性能影響研究.pdf

1、燃料電池中雜質(zhì)的存在對(duì)電池的性能造成嚴(yán)重的影響，包括：電池電極動(dòng)力學(xué)方面的影響；電池導(dǎo)電性方面的影響；電池傳質(zhì)方面影響。雜質(zhì)的存在對(duì)電池造成的影響是阻礙質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的重要原因之一。目前的研究大都基于燃料電池在運(yùn)行時(shí)，考察雜質(zhì)氣體的存在對(duì)燃料電池的性能影響，對(duì)燃料電池在沒有運(yùn)行的情況下也會(huì)受雜質(zhì)氣體中毒的情況基本沒有研究。 本文主要考察了質(zhì)子交換膜燃料電池陰極在空氣中兩種常見的雜質(zhì)氣體二氧化硫和氨氣中儲(chǔ)存的條件下對(duì)電池

2、性能的影響。首先通過引入正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)燃料電池操作條件進(jìn)行優(yōu)化；然后通過將燃料電池陰極分別置于含有一定濃度的二氧化硫和氨氣中，改變存儲(chǔ)時(shí)間，存儲(chǔ)溫度和雜質(zhì)氣體的濃度等因素，以及考察中毒前后電池循環(huán)伏安曲線的變化，對(duì)比研究了兩種氣體對(duì)電池性能的影響，主要得出以下結(jié)論： （1）將正交實(shí)驗(yàn)法應(yīng)用到燃料電池測(cè)試中，采用L16（45）正交表，考察因素為電池運(yùn)行溫度（50℃，60℃，70℃，80℃）以及陰陽(yáng)極加濕度（50％，60％，70％，8

3、0％），考察指標(biāo)為電池在600mA/c㎡時(shí)的電池電壓。成功的找到了燃料電池在陽(yáng)極流量0.3NL/min，陰極流量0.8NL/min時(shí)，在所考察的因素搭配的范圍內(nèi)，最佳運(yùn)行條件是電池運(yùn)行溫度70℃，陰極和陽(yáng)極加濕度分別是60％和70％，并且縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。通過極差分析認(rèn)為，三個(gè)因素對(duì)電池性能影響大小分別是電池溫度>陰極加濕度>陽(yáng)極加濕度。 （2）將電池陰極儲(chǔ)存于含有濃度5％的二氧化硫的空氣中，存儲(chǔ)時(shí)間為24小時(shí)，儲(chǔ)存溫度為室溫，電

4、池性能沒有發(fā)生明顯變化。增加存儲(chǔ)時(shí)間到120小時(shí)或者升高儲(chǔ)存溫度到80℃，電池的性能都沒有發(fā)生明顯變化，儲(chǔ)存前后電池循環(huán)伏安曲線也沒有明顯變化，說明電池沒有中毒。但是長(zhǎng)時(shí)間，多次數(shù)的儲(chǔ)存對(duì)燃料電池性能的影響還有待于研究。 （3）電池陰極置于含有一定濃度的氨氣的空氣中，改變儲(chǔ)存濃度從0.5％至5％，儲(chǔ)存時(shí)間從1小時(shí)至72小時(shí)，儲(chǔ)存溫度從室溫至80℃，發(fā)現(xiàn)電池性能都受到很大的影響，影響程度和氨氣的濃度，電池儲(chǔ)存溫度有關(guān)。氨氣濃度越高

5、，電池性能下降程度越大，儲(chǔ)存溫度越高，電池性能下降程度越小，電池受氨氣儲(chǔ)存中毒的程度與儲(chǔ)存時(shí)間沒有關(guān)系。將電池吹干后再儲(chǔ)存，未發(fā)現(xiàn)電池性能有下降現(xiàn)象，說明氨氣使電池中毒可能是由于氨氣溶解在電池內(nèi)殘留的水分中引起的。受氨氣中毒的電池在使用純凈的空氣運(yùn)行時(shí)，電池的性能能夠慢慢恢復(fù)，恢復(fù)階段分為先快后慢兩個(gè)階段。在電池受氨氣中毒后，循環(huán)伏安曲線顯示，陰極活性面積有所減少，電池氧還原受到了影響，但是并沒有發(fā)現(xiàn)其他活性物質(zhì)的氧化峰。電池在受氨氣中