To store manifestationer af protonmembranfejl

Elektrolytten af ​​PEMFC er perfluorosulfonsyreProtonudvekslingsmembran(PFSA -membran), der hovedsageligt spiller rollen som blokering af brint og luft, blokering af elektroner og ledende protoner iBrændselscelleCeller/elektrolysere. Når driftstiden øges, er strukturen afPFSA -membranvil ændre sig, og forskellige funktioner vil uundgåeligt blive påvirket, hovedsageligt i de følgende to aspekter.

1. gas krydsudvikling

Efter at have arbejdet i lang tid vil tykkelsen af ​​PFSA -membranen blive reduceret, og defekter såsom revner og perforeringer vises. Evnen til at blokere gas vil blive meget svækket, og brint og luft vil krydseindtrængning gennem PFSA-membranen, og batteriets åbne kredsløbsspænding (OCV) falder.

Mekanismen for PFSA -membrandefekter kan hovedsageligt opdeles i to aspekter: dæmpning forårsaget af mekanisk skade og membrannedbrydning forårsaget af elektrokemi.

PFSA -membranen vil gentagne gange ekspandere og krympe under våde og varme cyklusser, hvilket resulterer i stresscyklusser. Over tid vil revner forekomme;

Generering af revner vil fremme lækage og tværgående indtrængning af reaktionsgasser, forværre elektrokemisk nedbrydning;

De defekter forårsaget af elektrokemisk nedbrydning vil blive stresskoncentrationsområder, som igen accelererer mekanisk skade.

To store manifestationer afProtonmembranfiasko

SEM -billede af beskadiget PFSA -membranstruktur

Generering af mikroporer eller mikrokrakker forårsager ikke PFSA -membranfejl øjeblikkeligt, men udvides til en bestemt størrelse under virkningen af ​​cyklisk mekanisk stress. Denne proces tegner sig for 50% af PFSA -membranens levetid. Derfor er den træthedsmodstand af PFSA -membranen meget vigtig.

OCV er en vigtig indikator til at måle PFSA -membranens levetid

Alvorlig gas-tværstrenetrering inde i PFSA-membranen vil føre til et fald i OCV. Der er to meninger om dette.

En opfattelse er, at i den åbne kredsløbstilstand trænger brint ind i katoden, og under den elektrokatalytiske virkning af katoden genereres et blandet potentiale til at danne en lokal halvcelle og derved sænke batteriets OCV;

En anden udsigt er, at efter hydrogen trænger ind i katoden, adsorberes den på overfladen af ​​PT-katalysatoren, ødelægger PT-O-grænsefladen, reducerer PT-O-blandet potentiale og reducerer således OCV.

Reduktionen i OCV kan også være forårsaget af elektronisk kortslutning.

Vi kan skelne mellem elektronisk kortslutning og gasindtrængning ved at ændre gasdelvis tryk.

Når gaspartiets delvis tryk øges, er gastrykket på begge sider af membranen større, gastransmembranpermeationen intensiveres, og OCV vil falde markant; Det samme er tilfældet i omvendt.

Hvis OCV-faldet er relateret til gastrykket, betyder det, at det er relateret til gas-tværformeation, som er forårsaget af svækkelse af membranens gasbarriere; Hvis OCV -faldet ikke er relateret til gastrykket, betyder det, at det er forårsaget af elektronisk kortslutning.

2. Fald i protonledningsevnen

Når PFSA -membranen er forurenet, erstattes protonerne på sulfonatgruppen af ​​andre metalkationer, hvilket igen fører til en stigning i det materielle ækvivalente EW -værdi af membranen, et fald i antallet af protoner, der kan frigøres, og et fald i mængden af ​​vand, der kan rumme. De to tilsammen får protonmembranens proton -ledningsevne til at falde.

EW -værdien repræsenterer massen af ​​den membran, der kræves til 1 mol brintioner. Jo mindre EW -værdien er, jo større er protondensiteten i membranen og jo bedre er membranens ledningsevne.

Når protonmembranen er angrebet af frie radikaler, nedbrydes sulfonatgruppen, eller en polykondensationsreaktion forekommer under en våd varmecyklus for at danne anhydrid, disse vil få protonmembranen til at miste protoner, øge sin EW -værdi og i sidste ende forårsage et fald i ledningsevnen.