To store manifestasjoner av protonmembransvikt

Elektrolytten til PEMFC er perfluorosulfonsyreProtonutvekslingsmembran(PFSA -membran), som hovedsakelig spiller rollen som å blokkere hydrogen og luft, blokkere elektroner og lede protoner ibrenselcelleceller/elektrolysere. Når operasjonstiden øker, er strukturen tilPFSA -membranvil endre seg, og forskjellige funksjoner vil uunngåelig bli påvirket, hovedsakelig i de følgende to aspektene.

1. Gass kryssinntrengning

Etter å ha jobbet i lang tid, vil tykkelsen på PFSA -membranen bli redusert, og defekter som sprekker og perforeringer vil vises. Evnen til å blokkere gass vil bli sterkt svekket, og hydrogen og luft vil krysse penetrering gjennom PFSA-membranen, og den åpne kretsspenningen (OCV) til batteriet vil avta.

Mekanismen for PFSA -membrandefekter kan hovedsakelig deles inn i to aspekter: demping forårsaket av mekanisk skade og membrannedbrytning forårsaket av elektrokjemi.

PFSA -membranen vil gjentatte ganger utvide og krympe under våte og varme sykluser, noe som resulterer i stresssykluser. Over tid vil sprekker oppstå;

Generering av sprekker vil fremme lekkasje og kryssinntrengning av reaksjonsgasser, forverrende elektrokjemisk nedbrytning;

Feilene forårsaket av elektrokjemisk nedbrytning vil bli stresskonsentrasjonsområder, som igjen akselererer mekanisk skade.

To store manifestasjoner avProtonmembranfeil

SEM -bilde av skadet PFSA -membranstruktur

Generering av mikroporer eller mikrokrakker forårsaker ikke PFSA -membran -svikt umiddelbart, men utvides til en viss størrelse under virkningen av syklisk mekanisk stress. Denne prosessen utgjør 50% av PFSA -membranens levetid. Derfor er utmattelsesmotstanden til PFSA -membran veldig viktig.

OCV er en viktig indikator for å måle PFSA -membranens levetid

Alvorlig gass kryssinntrengning inne i PFSA-membranen vil føre til en nedgang i OCV. Det er to meninger om dette.

En visning er at i åpen kretstilstand trenger hydrogen inn i katoden, og under den elektrokatalytiske virkningen av katoden genereres et blandet potensial for å danne en lokal halvcelle, og dermed senke OCV på batteriet;

Et annet syn er at etter at hydrogen trenger inn i katoden, adsorberes det på overflaten av PT-katalysatoren, ødelegger PT-O-grensesnittet, reduserer PT-O-blandet potensial og dermed reduserer OCV.

Reduksjonen i OCV kan også være forårsaket av elektronisk kortslutning.

Vi kan skille mellom elektronisk kortslutning og gassinntrenging ved å endre gass delvis trykk.

Når gasspartielt trykk øker, er gasstrykket på begge sider av membranen større, gasstransmembrangjennomtrengningen vil intensiveres, og OCV vil avta betydelig; Det samme er omvendt.

Hvis OCV-reduksjonen er relatert til gasstrykket, betyr det at den er relatert til gass-kryss-permeation, som er forårsaket av svekkelsen av membranens gassbarriereutførelse; Hvis OCV -reduksjonen ikke er relatert til gasstrykket, betyr det at det er forårsaket av elektronisk kortslutning.

2. Nedgang i proton konduktivitet

Når PFSA -membranen er forurenset, erstattes protonene på sulfonatgruppen av andre metallkationer, som igjen fører til en økning i det materielle ekvivalent EW -verdien av membranen, en reduksjon i antall protoner som kan frigjøres, og en reduksjon i vannmengden som kan plasseres. De to sammen får protonledningsevnen til protonmembranen til å avta.

EW -verdien representerer massen til membranen som er nødvendig for 1 mol hydrogenioner. Jo mindre EW -verdien, jo større er protontettheten i membranen og desto bedre ledningsevne til membranen.

I tillegg, når protonmembranen blir angrepet av frie radikaler, oppstår sulfonatgruppen, eller en polykondensasjonsreaksjon oppstår under en våt varmesyklus for å danne anhydrid, vil disse føre til at protonmembranen mister protoner, øker EW -verdien og til slutt forårsaker en nedgang i konduktiviteten.