干货丨阳极欠气对燃料电池堆的影响

欠气是指燃料电池反应气体整体或局部供应不足的现象，在燃料电池启停、动态循环和高功率等工况下都可能发生欠气现象。在反应气供给严重不足时，会出现阳极电压高于阴极电压的反极现象；在局部欠气时，会出现燃料电池内部的局部反极，影响燃料电池的整体输出性能。

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阳极欠气反极的机理

当燃料电池堆中某一片电池阳极氢气供应不足时，燃料电池阴极所发生的反应和电势没有变化；燃料电池的阳极会发生水电解和碳腐蚀反应释放质子和电子，维持整个电池的电荷平衡。阴阳极的反应如下：

燃料电池欠气反极的电压变化实质为阳极电势的变化。保持燃料电池输出电流不变，逐渐降低其阳极氢气的计量比，随着燃料电池内部氢气的消耗，阳极电势不断升高，电池电压逐渐降低；当水电解开始时，燃料电池电压迅速降到-0.6V并缓慢降到-0.9V，形成了所谓的水电解平台，此时阳极电势约为1.4V～1.7V；水电解平台结束后，电池电压快速下降到-1.5V左右，进入严重的碳腐蚀阶段，此时阳极电势超过了2.2V。

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阳极欠气反极的测试

我们可以通过人为减少阳极氢气计量比的方式来模拟燃料电池堆阳极欠气反极的试验，大致的试验流程如下：

1）气密性测试：对燃料电池堆的氢气泄漏量、氢气腔向空气腔冷却腔的窜漏量等进行测试，保证测试安全；

2）初始活化测试：使燃料电池堆的MEA充分润湿，建立其电子、质子、气体、水的传输通道，优化电极结构；

3）极化测试：用于燃料电池堆初始性能的确认，作为后续性能的参照，排除燃料电池堆样品本身对试验结果的影响；

4）阳极CV测试：阳极欠气的主要失效表现为阳极侧催化层的碳腐蚀，阳极CV测试用阳极侧催化剂的电化学活性面积来表征阳极侧催化层的碳腐蚀情况；

阳极欠气测试后ECSA变化

5）阳极欠气测试：在稳定状态下逐渐减小阳极气体计量比至1，观察燃料电池电压趋势，稳定运行一段时间，恢复至正常气体流量运行，测试过程中可根据实际情况考虑计量比和稳定时间；

阳极欠气时燃料电池堆的单电池性能

6）恢复活化测试：与初始活化相比用时更短，主要模拟燃料电池堆运行过程中的性能恢复工况；

7）数据分析：对比燃料电池堆阳极欠气测试前后的性能和电化学差异，来评价燃料电池堆的衰减程度。

阳极欠气测试后性能变化

经过多次循环阳极欠气反极试验后可得到燃料电池堆的欠气反极耐受程度及衰减情况，进一步赋能对燃料电池堆的开发。特嗨氢能检测目前具备膜电极、单电池、短堆、整堆、系统及零部件的全方位测试能力，同时可根据客户需求实现定制化的测试，欢迎业内朋友咨询交流。