Два основних проявів протонної мембранної недостатності

Електроліт PEMFC - перфторозульфонова кислотаМембрана Proton Exchange(Мембрана PFSA), яка в основному відіграє роль блокування водню та повітря, блокування електронів та проведення протонів упаливний елементКлітини/електролізери. Зі збільшенням часу експлуатації структураМембрана PFSAзміниться, і різні функції неминуче вплинуть, головним чином у наступних двох аспектах.

1. Газове перехресне проникнення

Після роботи тривалий час товщина мембрани PFSA буде зменшена, і з’являться дефекти, такі як тріщини та перфорації. Здатність блокувати газ буде значно ослаблена, а водень і повітря перехрестять через мембрану PFSA, а напруга відкритого контуру (OCV) акумулятора зменшиться.

Механізм дефектів мембран PFSA може бути розділений в основному на два аспекти: ослаблення, спричинене механічним пошкодженням та деградаціям мембран, спричиненою електрохімією.

Мембрана PFSA неодноразово розширюється і скоротиться під вологі та гарячі цикли, що призводить до циклів напруги. З часом відбуватимуться тріщини;

Генерація тріщин сприятиме витоку та перехресному проникненню реакційних газів, обтяжуючій електрохімічній деградації;

Дефекти, спричинені електрохімічною деградації, стануть областями концентрації напруги, що, в свою чергу, прискорює механічне пошкодження.

Два основних проявівпротонна мембрананесправність

SEM -зображення пошкодженої структури мембрани PFSA

Генерація мікропор або мікрокрок не викликає відмови мембрани PFSA, але розширюється до певного розміру під дією циклічного механічного напруження. Цей процес складає 50% життя мембрани PFSA. Тому стійкість до втоми мембрани PFSA дуже важлива.

OCV є важливим показником для вимірювання життя мембрани PFSA

Серйозне газове перехресне проникнення всередині мембрани PFSA призведе до зменшення OCV. Є дві думки з цього приводу.

Один погляд полягає в тому, що у стані відкритого ланцюга водень проникає в катод, а під електрокаталітичною дією катода генерується змішаний потенціал для утворення локальної напівклітин, тим самим знижуючи OCV акумулятора;

Інший погляд полягає в тому, що після того, як водень проникає в катод, він адсорбується на поверхні каталізатора PT, знищуючи інтерфейс PT-O, зменшуючи змішаний потенціал PT-O і, таким чином, зменшуючи OCV.

Зниження OCV також може бути спричинене електронним коротким замиканням.

Ми можемо розрізняти електронне проникнення в коротке замикання та газ, змінюючи частковий тиск газу.

Коли частковий тиск газу збільшується, тиск газу з обох боків мембрани більший, газова трансмембранна проникнення посилиться, а OCV значно зменшиться; Те саме стосується зворотного.

Якщо зменшення OCV пов'язане з тиском газу, це означає, що воно пов'язане з газовою перехресною перспективою, що викликається ослабленням продуктивності газового бар'єру мембрани; Якщо зменшення OCV не пов'язане з тиском газу, це означає, що воно спричинене електронним коротким замиканням.

2. Зменшення протонної провідності

Коли забруднена мембрана PFSA, протони сульфонатної групи замінюються іншими металевими катіонами, що, в свою чергу, призводить до збільшення матеріального еквівалента значення мембрани, зменшення кількості протонів, які можна вивільнити, та зменшення кількості води, яку можна прийняти. Двоє разом призводять до зменшення пропровідності протонової протонної мембрани.

Значення EW являє собою масу мембрани, необхідну для 1 моль іонів водню. Чим менше значення EW, тим більша щільність протона в мембрані і тим краща провідність мембрани.

Крім того, коли протонна мембрана атакується вільними радикалами, група сульфонату розкладається, або реакція поліконденсації відбувається під вологим тепловим циклом, утворюючи ангідрид, це призведе до втрати протонової мембрани, збільшення його значення EW і остаточно призведе до зниження провідності.