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质子交换膜燃料电池测试

时间:2025-01-13     【原创】

  质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell,PEMFC):是一种采用可传导质子的聚合膜作为电解质,将存在于燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。


  燃料电池结构示意图.jpg


  基本原理


  PEMFC主要由极板(Bipolarplates,BPP)和膜电极(Membraneelectrodeassembly,MEA)组成,其中膜电极包括阴极、阳极和聚合物电解质膜(Polymerelectrolytemembrane,PEM)。在燃料池中阴极、阳极通常为多孔结构,一般统称电极,由气体扩散层(Gasdiffusionlayer,GDL)和催化层(Catalystlayer,CL)组成。在电池运行时,反应物经由极板和气体扩散层进入催化层,在电催化剂作用下发生电化学反应;阳极发生氧化反应,如氢氧化反应(Hydrogenoxidationreaction,HOR)和甲醇氧化反应(Methanoloxidationreaction,MOR),阴极发生还原反应,通常为氧还原反应(Oxygenreductionreduction,ORR)。


  膜电极.png

  测试步骤


  1.将制备好的MEA安装在单电池测试夹具中,示意图如图3所示。


  单电池测试夹具.png

  单电池测试夹具


  2.将组装好的单电池安装至燃料电池测试平台上并连接好管路,对单电池进行活化,活化条件可参照GB/T20042.5膜电极测试方法


  单电池活化条件.png

  注:单电池的活化条件可由样品提供方提供,或由测试方和样品提供方双方协定。


  3.待单电池活化完成后,开始进行极化曲线测试,测试条件亦可参照参照GB/T20042.5膜电极测试方法:


  测试.png

  注:电池测试条件(包括增湿条件、压力以及电池温度等)也可由测试方和样品提供方协定。


  在规定电池操作条件下,使用恒定放电电流方式,记录测试电池输出电流和电压。从电池开路开始,电流密度每增加50mA/cm2–100mA/cm2,恒电流放电15min,记录电压值。当电池开路电压低于0.2V时终止测试。


  4.测试完成后,按极化曲线测试中记录的电压、电流结果,绘制放电电压与电流密度的关系曲线,即极化曲线。


  极化曲线.png

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