氧氣傳輸阻力，表征氧氣在燃料電池內(nèi)部從極板流場到催化劑層傳輸?shù)碾y易程度，影響燃料電池在高電流密度下的性能，可用于評估燃料電池催化層和氣體擴散層傳質特性。

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測試原理

一般采用不同氧氣濃度和氧氣分壓下的極限電流密度計算獲得氧氣傳輸阻力。通過極限電流密度計算氧氣傳輸阻力的理論依據(jù)主要是菲克定律和法拉第定律。一方面氧氣擴散通量No2與極板流場中的氧氣濃度到催化劑表面的氧氣濃度之間的濃度差成正比，與氧氣傳輸阻力成反比；另一方面氧氣擴散通量No2與電流密度成正比，與反應中轉移的電荷量成反比。計算公式如下：

式中：

F——法拉第常數(shù)，96485C/mol。

在極限電流密度下，催化劑表面的氧氣濃度接近于0，可得氧氣傳輸阻力的計算公式如下：

式中：

F——法拉第常數(shù)，96485C/mol；

——極板流場內(nèi)氧氣分壓，單位kPa；

R——摩爾氣體常量，8.31J/(mol·K)；

T——陰極進氣的熱力學溫度，單位K。

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測試方法

2.1 測試參數(shù)選取

極限電流密度測試涉及氧氣濃度、壓力、氣體流量、溫度、濕度、電壓等參數(shù)的選擇，適合的測試參數(shù)選擇可以保證數(shù)據(jù)的準確性。本著助力氫能、共同發(fā)展的理念，特嗨氫能檢測開展了大量試驗，對相關參數(shù)進行了驗證。根據(jù)驗證結果，推薦氧氣傳輸阻力的測試參數(shù)如下表。

2.2 極限電流測試

待工況條件穩(wěn)定后，從電池開路電壓測起，每次按相同梯度降低電壓（0.2V/步），當電流隨電壓變化趨勢減小時，逐漸減小電壓下降梯度（0.1V/步、0.05V/步），直至出現(xiàn)極限電流值。需測試四種陰極進氣壓力和五種氧氣濃度下的極限電流密度，共20個工況下的極限電流密度。

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數(shù)據(jù)處理

3.1 氧氣分壓與極限電流密度

繪制四種陰極進氣壓力下不同氧氣分壓與極限電流密度的關系曲線圖，結果如下圖所示?？梢钥闯?，極限電流密度與氧氣分壓成正比；陰極進氣壓力不變的情況下，總氣體傳輸阻力不變。由圖中可得出四種陰極進氣壓力下的斜率，根據(jù)公式可以計算得到四種壓力下對應的氧氣傳輸阻力和。

3.2 氧氣傳輸阻力與陰極進氣壓力

繪制上述四種壓力與其對應的氧氣傳輸阻力的關系曲線圖，結果如下圖所示。

氧氣傳輸阻力可以分成與進氣壓力無關和有關的兩部分，即氧氣傳輸阻力可以表述成下式：

其中與壓力有關的氧傳輸阻力為氧氣在極板流場、氣體擴散層基質層的傳輸阻力，可由圖中擬合曲線斜率與進氣壓力P的乘積得到；與壓力無關的氧傳輸阻力為氧氣在氣體擴散層微孔層、催化劑層的傳輸阻力，可由圖中擬合曲線與縱坐標的截距得到。

通過上述的測試解析，我們可以對氧氣傳輸阻力進行量化分析，更好地評估氧氣傳輸性能，為優(yōu)化質子交換膜燃料電池的結構和操作條件提供指導。

來源：特嗨氫能