欠氣是指燃料電池反應(yīng)氣體整體或局部供應(yīng)不足的現(xiàn)象，在燃料電池啟停、動(dòng)態(tài)循環(huán)和高功率等工況下都可能發(fā)生欠氣現(xiàn)象。在反應(yīng)氣供給嚴(yán)重不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)陽極電壓高于陰極電壓的反極現(xiàn)象；在局部欠氣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)燃料電池內(nèi)部的局部反極，影響燃料電池的整體輸出性能。

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陽極欠氣反極的機(jī)理

當(dāng)燃料電池堆中某一片電池陽極氫氣供應(yīng)不足時(shí)，燃料電池陰極所發(fā)生的反應(yīng)和電勢(shì)沒有變化；燃料電池的陽極會(huì)發(fā)生水電解和碳腐蝕反應(yīng)釋放質(zhì)子和電子，維持整個(gè)電池的電荷平衡。陰陽極的反應(yīng)如下：

燃料電池欠氣反極的電壓變化實(shí)質(zhì)為陽極電勢(shì)的變化。保持燃料電池輸出電流不變，逐漸降低其陽極氫氣的計(jì)量比，隨著燃料電池內(nèi)部氫氣的消耗，陽極電勢(shì)不斷升高，電池電壓逐漸降低；當(dāng)水電解開始時(shí)，燃料電池電壓迅速降到-0.6V并緩慢降到-0.9V，形成了所謂的水電解平臺(tái)，此時(shí)陽極電勢(shì)約為1.4V～1.7V；水電解平臺(tái)結(jié)束后，電池電壓快速下降到-1.5V左右，進(jìn)入嚴(yán)重的碳腐蝕階段，此時(shí)陽極電勢(shì)超過了2.2V。

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陽極欠氣反極的測(cè)試

我們可以通過人為減少陽極氫氣計(jì)量比的方式來模擬燃料電池堆陽極欠氣反極的試驗(yàn)，大致的試驗(yàn)流程如下：

1）氣密性測(cè)試：對(duì)燃料電池堆的氫氣泄漏量、氫氣腔向空氣腔冷卻腔的竄漏量等進(jìn)行測(cè)試，保證測(cè)試安全；

2）初始活化測(cè)試：使燃料電池堆的MEA充分潤(rùn)濕，建立其電子、質(zhì)子、氣體、水的傳輸通道，優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)；

3）極化測(cè)試：用于燃料電池堆初始性能的確認(rèn)，作為后續(xù)性能的參照，排除燃料電池堆樣品本身對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響；

4）陽極CV測(cè)試：陽極欠氣的主要失效表現(xiàn)為陽極側(cè)催化層的碳腐蝕，陽極CV測(cè)試用陽極側(cè)催化劑的電化學(xué)活性面積來表征陽極側(cè)催化層的碳腐蝕情況；

陽極欠氣測(cè)試后ECSA變化

5）陽極欠氣測(cè)試：在穩(wěn)定狀態(tài)下逐漸減小陽極氣體計(jì)量比至1，觀察燃料電池電壓趨勢(shì)，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，恢復(fù)至正常氣體流量運(yùn)行，測(cè)試過程中可根據(jù)實(shí)際情況考慮計(jì)量比和穩(wěn)定時(shí)間；

陽極欠氣時(shí)燃料電池堆的單電池性能

6）恢復(fù)活化測(cè)試：與初始活化相比用時(shí)更短，主要模擬燃料電池堆運(yùn)行過程中的性能恢復(fù)工況；

7）數(shù)據(jù)分析：對(duì)比燃料電池堆陽極欠氣測(cè)試前后的性能和電化學(xué)差異，來評(píng)價(jià)燃料電池堆的衰減程度。

陽極欠氣測(cè)試后性能變化

經(jīng)過多次循環(huán)陽極欠氣反極試驗(yàn)后可得到燃料電池堆的欠氣反極耐受程度及衰減情況，進(jìn)一步賦能對(duì)燃料電池堆的開發(fā)。特嗨氫能檢測(cè)目前具備膜電極、單電池、短堆、整堆、系統(tǒng)及零部件的全方位測(cè)試能力，同時(shí)可根據(jù)客戶需求實(shí)現(xiàn)定制化的測(cè)試，歡迎業(yè)內(nèi)朋友咨詢交流。