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，會出現(xiàn)陽極電壓高于陰極電壓的反極現(xiàn)象；在局部欠氣時，會出現(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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陽極欠氣反極的機理

當(dāng)燃料電池堆中某一片電池陽極氫氣供應(yīng)不足時，燃料電池陰極所發(fā)生的反應(yīng)和電勢沒有變化；燃料電池的陽極會發(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質(zhì)為陽極電勢的變化。保持燃料電池輸出電流不變，逐漸降低其陽極氫氣的計量比，隨著燃料電池內(nèi)部氫氣的消耗，陽極電勢不斷升高，電池電壓逐漸降低；當(dāng)水電解開始時，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，此時陽極電勢約為1.4V～1.7V；水電解平臺結(jié)束后，電池電壓快速下降到-1.5V左右，進入嚴(yán)重的碳腐蝕階段，此時陽極電勢超過了2.2V。

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陽極欠氣反極的測試

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

1）氣密性測試：對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行測試，保證測試安全；

2）初始活化測試：使燃料電池堆的MEA充分潤濕，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試驗結(jié)果的影響；

4）陽極CV測試：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；

陽極欠氣測試后ECSA變化

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

陽極欠氣時燃料電池堆的單電池性能

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

7）數(shù)據(jù)分析：對比燃料電池堆陽極欠氣測試前后的性能和電化學(xué)差異，來評價燃料電池堆的衰減程度。

陽極欠氣測試后性能變化

經(jīng)過多次循環(huán)陽極欠氣反極試驗后可得到燃料電池堆的欠氣反極耐受程度及衰減情況，進一步賦能對燃料電池堆的開發(fā)。特嗨氫能檢測目前具備膜電極、單電池、短堆、整堆、系統(tǒng)及零部件的全方位測試能力，同時可根據(jù)客戶需求實現(xiàn)定制化的測試，歡迎業(yè)內(nèi)朋友咨詢交流。