三角波電壓工況下PEMFC膜電極的耐久性研究

張國強，康啟平，劉艷秋，張志蕓

(1.清華大學 車輛與運載學院，北京 100084；2.北京億華通科技股份有限公司，北京 100192；3.北京市氫燃料電池發動機工程技術研究中心，北京 100192)

0 引 言

PEMFC是一種將氣體燃料的化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置，該過程不受卡諾循環效應的限制，理論效率可達90%以上.PEMFC具有發電效率高、環境污染小、比能量高、噪音低、可靠性高等優點，在交通運輸領域, 特別是在公交、物流等方面的應用前景備受關注[1].目前，多個國家制定了燃料電池汽車推廣路線，預計到2030年全球燃料電池汽車將達到700萬輛.自2014年豐田推出Mirai燃料電池汽車以來，現代、本田和奔馳等著名汽車廠商也推出了燃料電池汽車，全球燃料電池汽車保有量已超過2萬輛.此外，還有超過2萬輛的燃料電池叉車在北美地區運營.然而，由于PEMFC的成本過高、壽命較短等問題阻礙了其大規模商業化發展.因此，PEMFC相關技術的研發已成為全球關注的研究熱點[2-13].

MEA耐久性問題是阻礙PEMFC大規模商業化應用的關鍵因素之一，急需解決.美國能源部(Department of Energy, DOE)提出用于小轎車的燃料電池壽命需要達到 5 000 h，而用于公交客車和固定發電站的燃料電池壽命分別需要達到25 000 h 和40 000 h[14].本文采用三角波電壓(TWV)工況對PEMFC膜電極的耐久性進行了研究.通過循環伏安(CV)、極化、電化學交流阻抗譜(EIS)等表征手段對PEMFC的性能進行分析，從而研究MEA的耐久性.

1 實驗部分

1.1 單電池的組成

本文實驗用于測試的PEMFC單電池主要由MEA、密封墊片、雙極板、集電板、端板……