质子交换膜燃料电池氢气渗透研究进展及抑制措施概述

陆继轩1,郑伟波2,李翔3,王倩倩1,李冰2,明平文2 (1.上海理工大学能源与动力工程学院;2.同济大学汽车学院;3.安徽理工大学汽车学院)
摘要:质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)作为一种新型汽车动力源,展现出广泛的应用潜力。然而,氢气渗透问题在长期运行中日益显现,已成为制约其大规模商业化应用的重要技术挑战。氢气渗透不仅降低了PEMFC的输出电压,还可能对电池的耐久性和安全性产生负面影响。为应对这一问题,本文基于现有研究成果,对PEMFC氢气渗透的研究进展进行了系统概述。首先,本文阐述了氢气渗透的基本原理及其潜在危害;接着,分析了膜衰减前后氢气渗透的传递机制,并回顾了最新的渗透模型研究进展;最后,结合氢气渗透的原理,总结了目前有效的抑制措施,并展望了未来的研究发展趋势。本文旨在为提升PEMFC性能、延长其使用寿命以及增强系统安全性提供理论支持。
关键词:质子交换膜燃料电池;氢渗透;长期运行;膜衰减;抑制措施

目录介绍

0 前言

1 氢渗诱发机制

1.1 膜本身结构影响

1.2 膜衰减结构影响

1.2.1 膜化学衰减

1.2.2 膜机械衰减

1.2.3 膜热衰减

2 氢渗对电池的影响

2.1 影响电场分布

2.1.1 影响输出电压

2.1.2 影响电流密度分布

2.2 加重膜降解

2.2.1 加重化学降解

2.2.2 加重热降解

2.3 引起CL降解

3 氢气跨膜传输机制

3.1 新鲜膜氢渗

3.2 衰减膜氢渗

3.3 电场诱导氢渗

4 氢渗抑制方法

4.1 膜材料优化

4.1.1 改变膜传输性质

4.1.2 抑制膜化学降解

4.1.3 抑制膜机械降解

4.1.4 抑制膜热降解

4.2 电池结构优化

4.2.1 阻氢层与消氢层

4.2.2 优化扩散层

4.2.3 优化双极板

4.3 操作条件调控

5 结论

 

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