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原文传递一种质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法

专利名称：	一种质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法
摘要：	本发明公开了一种质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，步骤为：根据膜电极在耐久性测试前后的电化学性能数据与测试得到的新膜电极、老化气体扩散层膜电极的电化学性能数据，分别处理得到电流密度j下各自的扩散极化电压Vd1、Vd2、Vd3、Vd4；计算电流密度j下气体扩散层对膜电极扩散极化损失的影响因子E，E＝\|(Vd4‑Vd3)/(Vd2‑Vd1)\|×100％。本发明以电压损失来评价气体扩散层和催化层材料衰减老化对膜电极性能的影响，通过具体数据影响因子E来表明影响大小，对比传统加速离线老化实验，对膜电极耐久性研究更具有指导意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	东风汽车集团有限公司
发明人：	张宇;史建鹏;张新丰;胡立中;张泽
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910662817.8
公开号：	CN110412103A
代理机构：	武汉开元知识产权代理有限公司
代理人：	俞鸿;王虹
分类号：	G01N27/416(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	430056 湖北省武汉市武汉经济技术开发区东风大道特1号
主权项：	1.一种质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，步骤为：将经过耐久性测试后的膜电极中气体扩散层进行分离，与新的质子交换膜、催化层组装成与膜电极同型号的老化气体扩散层膜电极，另取一同型号的新膜电极，将新膜电极、老化气体扩散层膜电极分别进行电化学性能测试；根据膜电极在耐久性测试前后的电化学性能数据与测试得到的新膜电极、老化气体扩散层膜电极的电化学性能数据，分别处理得到电流密度j下各自的扩散极化电压Vd1、扩散极化电压Vd2、扩散极化电压Vd3、扩散极化电压Vd4；计算电流密度j下气体扩散层对膜电极扩散极化损失的影响因子E， E＝\|(Vd4-Vd3)/(Vd2-Vd1)\|×100％。 2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，步骤为： a.在耐久性测试前后分别对膜电极进行电化学性能测试T1、电化学性能测试T2， b.将步骤a中耐久性测试完毕的膜电极中气体扩散层进行分离，与新的质子交换膜、催化层组装成与膜电极同型号的老化气体扩散层膜电极，另取一同型号的新膜电极；将新膜电极、老化气体扩散层膜电极分别进行电化学性能测试T3、电化学性能测试T4； c.将电化学性能测试T1～T4结果进行数据处理，分别得到电流密度j下各自的扩散极化电压Vd1、扩散极化电压Vd2、扩散极化电压Vd3、扩散极化电压Vd4；计算电流密度j下气体扩散层对膜电极扩散极化损失的影响因子E， E＝\|(Vd4-Vd3)/(Vd2-Vd1)\|×100％。 3.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，所述电化学性能测试Ti，i＝1、2、3或4，测试方法均为：采用单电池测试台，从零逐步加负载至电流密度j到1200mA/cm2；电流密度加载台阶为100mA/cm2，每个电流密度j下稳定2min，记录相应电流密度j下的膜电极电压Vi和内阻Ri。 4.如权利要求3所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，各电化学测试Ti，i＝1、2、3或4，按以下方法进行数据处理：由于极化损失来自于活化极化、欧姆极化、扩散极化三部分，因此有 Vi＝Vocv-i-ηi-Vdi-IiRi，其中，Vi＝膜电极电压，Vocv-i＝开路电压， ηi＝活化极化电压，Vdi＝扩散极化电压， IiRi＝欧姆极化电压，Ii＝电流，Ii＝j·Ai，Ai为截面积；令VXi＝Vi+IiRi，根据电流密度j、膜电极电压Vi、内阻Ri得到相应电流密度j下的VXi值；令VYi＝Vi+IiRi+Vdi，由于活化极化电压ηi满足塔菲尔方程ηi＝ai+bilgj，ai、bi常数；在低电流密度区域内忽略扩散极化电压Vdi的影响，令低电流密度区域内Vdi＝0；则VYi＝Vocv-i-ηi＝Vocv-i-ai-bilgj＝ci-bilgj，其中Vocv-i-ai＝ci，ci为常数；根据低电流密度区域内的VYi和lgj值拟合出VYi-lgj曲线，得到常数bi和ci，计算电流密度j下对应的扩散极化电压Vdi＝VYi-VXi＝ci-bilgj-VXi。 5.如权利要求4所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，所述低电流密度区域为300mA/cm2≥j＞0mA/cm2处。 6.如权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，在电流密度j为设定值时计算影响因子E。 7.如权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，经过耐久性测试后的膜电极中气体扩散层的分离方法为：将膜电极浸入50％体积比的异丙醇水溶液，超声5-10min溶解催化层使气体扩散层与质子膜初步分离，多次纯水冲洗去除气体扩散层表面的催化剂颗粒；再置于纯水中超声至无明显催化剂颗粒脱落，取出60℃烘干得到气体扩散层。 8.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，所述电化学测试T1～T4的测试条件均为：温度75℃，加湿度阳极/阴极RH100％/RH100％，过量系数阳极/阴极：1.5/2.0，背压阳极/阴极：200kPa/200kPa。 9.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的膜电极耐久性评价方法，其特征在于，步骤e中，最后计算指定电流密度下催化层对膜电极扩散极化损失的影响因子F，F＝1-E。
所属类别：	发明专利