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燃料电池的欠气现象

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2022/5/13     浏览次数:    


      通常,欠气可以从整体和局部两个方面考虑,分为两种欠气方式,即总体欠气和局部欠气。顾名思义,总体欠气指的是整体反应物供应的不足,局部欠气指的是整体供气充足而局部不足的欠气现象。

      总体欠气在阳极和阴极均表现为上游区域电流密度高于下游,而且随电流密度的提高和供气化学计量比的降低而加剧。总体欠气通常与以下因素有关:供气系统故障;设定过低的供气流量;负载电流的突然升高;启停循环时。

      局部欠气通常表现在局部过低的电流密度和温度的不均匀分布。局部欠气通常与以下因素有关:催化层的酸淹;流场或电堆设计存在局部死区。局部欠气的结果是碳腐蚀的发生。

      阳极欠气的危害是:欠气区的碳材料被燃料消耗;电池电压随欠气程度的增加而降低,直至电压将为负值;膜组件厚度减薄;催化剂粒径变大;膦酸型PBI高温膜的磷酸损失加剧,阳极尾气中磷元素含量增高;阳极气体扩散层上出现焦化区和膜上出现结晶区,阳极局部出现热点。

阳极欠气后,阳极区氢气供气不足,质子活度降低。在阳极或阴极,电极与膜间的界面电位差升高,从而导致碳腐蚀和水电解反应的发生。

      阴极欠气后,阴极的氧气供应不足,阴极区的电位降低。随阴极区质子活度的提高,界面处电势差将逐渐接近氢还原电位,因而发生氢还原反应。阴极欠气具有以下特征:单电池的阴极出口处电流密度降低,但不会出现零电流;电堆状态的阴极欠气区的氢析出反应严重,电堆输出功率降低;阴极欠气的危害较阳极一般低得多;欠气对阳极催化剂影响不大,但对阴极影响较大,而且催化剂粒径将增大,此原因可归结为阴极出现的局部高温热点;阴极尾气含有少量氢气,存在较大的安全隐患。


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