钙离子对质子交换膜燃料电池性能衰减机理研究

发布时间：2021-06-19 18:48

　　采用试验方法,通过向质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电极（阳极和阴极）注入2种浓度（200和500 mg/L）的Ca²⁺溶液,研究Ca²⁺对PEMFC电化学性能的影响;通过扫描电镜（SEM）,能量散射谱仪（EDS）和电子探针（EPMA）对经Ca²⁺污染20 h后的电池性能的衰减机理进行研究。实验结果表明,经200和500 mg/L Ca²⁺污染PEMFC阳极20 h后,电池的电化学性能衰减明显,随着Ca²⁺浓度的增加,电池电化学性能衰减程度增大;SEM和EDS实验结果表明,经500 mg/L Ca²⁺污染PEMFC阳极20 h后,阴、阳两极的气体扩散层分别与阴、阳两极的催化层剥离,在质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层以及阴极气体扩散层均发现Ca元素,在质子交换膜上Ca元素含量高于其他部件上;EPMA实验结果表明,Ca²⁺污染PEMFC阳极后,Ca元素主要存在于质子交换膜上;研究结果表明,PEMFC电化学性能衰减的机理主要是由于C... 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

实验系统示意图

图2为经200和500 mg/L Ca2+污染PEMFC阳极20 h后燃料电池的极化曲线试验结果。由图2可看出，Ca2+的注入对PEMFC的电化学性能有重要影响，且随着Ca2+浓度的增加，电池的电化学性能衰减明显。当电流密度大于150 mA/cm2时，电池的电压与未污染前相比，急剧衰减。当电流密度为300 mA/cm2时，经200和500 mg/L Ca2+污染20 h后的电池电压分别为0.60和0.25 V，与污染前（0.73 V）相比，分别降低了17.8%和65.8%。图2试验结果表明，Ca2+污染PEMFC阳极对电池的电化学性能存在明显影响，且随Ca2+浓度的增加，电池的电化学性能不断衰减，这与李朋等[9]的研究结果一致。图3为经200和500 mg/L Ca2+污染PEMFC阳极20 h后的燃料电池的功率密度曲线试验结果。由图3可看出，经200和500 mg/L Ca2+污染PEMFC阳极20 h后，PEMFC的功率密度减小，且随着Ca2+浓度的增加，电池的电化学性能不断衰退。当电池未被污染时，其最大功率密度为0.42 W/cm2，经200和500 mg/L Ca2+污染电池阳极20 h后，电池最大功率密度分别为0.19和0.12 W/cm2，是未污染时最大功率密度的45.2%和28.6%。试验结果表明，Ca2+污染PEMFC阳极对电池的电化学性能存在明显影响，且随Ca2+浓度的增加，电池的最大功率密度不断减小，即电池的电化学性能不断降低，这与图2试验结果一致。

图3为经200和500 mg/L Ca2+污染PEMFC阳极20 h后的燃料电池的功率密度曲线试验结果。由图3可看出，经200和500 mg/L Ca2+污染PEMFC阳极20 h后，PEMFC的功率密度减小，且随着Ca2+浓度的增加，电池的电化学性能不断衰退。当电池未被污染时，其最大功率密度为0.42 W/cm2，经200和500 mg/L Ca2+污染电池阳极20 h后，电池最大功率密度分别为0.19和0.12 W/cm2，是未污染时最大功率密度的45.2%和28.6%。试验结果表明，Ca2+污染PEMFC阳极对电池的电化学性能存在明显影响，且随Ca2+浓度的增加，电池的最大功率密度不断减小，即电池的电化学性能不断降低，这与图2试验结果一致。2.2 Ca2+污染PEMFC阴极对PEMFC性能的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]金属钙离子浓度对PEMFC性能影响研究[J]. 李朋,谈金祝,韩雪梅,柏静娴.  太阳能学报. 2017(06)
[2]盐水中杂质离子对离子交换膜性能影响的研究[J]. 张海超,许正良.  中国氯碱. 2013(12)
[3]Ca2+对质子交换膜燃料电池性能的影响[J]. 张晓维,奚天鹏,谈金祝,辛艳超,胡学家.  南京工业大学学报(自然科学版). 2012(03)
[4]Cu2+对质子交换膜燃料电池氧电极性能的影响[J]. 揭晓,侯俊波,邵志刚,衣宝廉.  电化学. 2009(02)
[5]Na+对PEMFC Pt/C气体扩散电极的影响[J]. 揭晓,侯俊波,邵志刚,衣宝廉.  电源技术. 2009(03)
[6]金属离子对质子交换膜燃料电池性能的影响[J]. 王磊磊,贺高红,揭晓,刘波,邵志刚,张华民.  电源技术. 2007(03)



本文编号：3238345