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为什么燃料电池测试要用鼓泡增湿

时间:2025-05-07     【原创】

  近年来,我国氢能产业技术快速发展,质子交换膜燃料电池商用规模不断扩大,关键材料和制备

工艺不断成熟,氢能无污染、零排放、效率高的优势在国家“双碳目标”推进过程中发挥着重要作用。


  质子交换膜燃料电池在运行过程中,通过氧化还原反应将氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为

电能,在电化学反应中,进气的湿度控制是非常重要的环节。


  为什么要进行湿度控制?


  在燃料电池系统中,膜的质子传导能力与含水量存在密切关系,当膜处于良好润湿状态,膜电极的

传质性能比较理想。


  可以说,质子交换膜燃料电池性能很大程度上取决于膜电极的润湿状态。


  如果没有很好地控制温度和水分,催化剂和质子运输介质的老化会增加损耗,降低效率,最终

导致电池解体。


  方程式.png


  理想气体含湿量(湿度比)方程:


  0.622为水蒸气与干空气摩尔质量比;


  Pv为水蒸气分压;


  P-Pv为湿空气中干空气分压。


  燃料电池空气湿度过低,会造成质子交换膜脱水或干枯。湿度过高,又会造成电池内部积水过多,

导致电极中的催化剂被水腌渍,反应活性快速降低,并且会阻塞气液流道。


  因此,我们在进行高性能燃料电池膜电极测试时,必须关注测试湿度数据,及时进行调控,

保持良好的测试效果。


  如何进行湿度控制?


  当前,燃料电池增湿方式有“自增湿”和“外增湿”两种形式。


  自增湿技术是无需外界获取水分,阴极侧电化学反应生成的水,是自增湿的唯一水分来源。

自增湿技术可以降低电池成本、简化电堆系统的结构,但是面临着商用化挑战。目前,学术界针

对燃料电池自增湿技术做了大量研究,在复合膜、催化层、膜电极方面有深入探索。


  外增湿是通过在电堆外围增加一套增湿设备,在气体进入电堆之前进行增湿,保证润湿效果。

这种增湿方式成本较低,运行比较稳定,但会增加燃料电池系统的体积。现阶段,行业内燃料电池测试

系统基本都是采用“外增湿”方式。


  微信图片_20241114151917.jpg


  鼓泡增湿有什么优势?


  鼓泡增湿是一种高效节能的外增湿方案。气体通入液体中并逐渐产生气泡,气泡在液体中上升,

使得气相与液相之间能够直接接触,在一定的温度下,加湿器中的水在蒸气压的作用下蒸发,并在反

应过程中与气体一起进入氢燃料电池。从而获得较好的传质、传热效果。


  鼓泡增湿具有“简洁、可控”特点,通过调节水温和气体流量就可以精确控制加湿后的气体露点,

温度传感器、加热器、液位传感器均采用高质量材料,电池的湿度控制精度会更高,维护也非常方便。

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