高轶鸣

同济大学汽车学院，上海 200082

1 研究背景

1.1 巴士车质子交换膜燃料电池PEMFC 概述

质子交换膜燃料电池为酸性电解质电池。当燃料电池以纯氢为燃料时，它的化学反应产物仅为水.氢气通过阳极极板通道流入扩散层，再通过扩散层进入阳极催化层。在阳极催化剂的作用下氢气在阳极催化层的作用下解离为氢离子和电子。阳极催化层上生成的氢离子透过质子交换膜到达阴极，电子通过外电路到达阴极。氧气则由阴极极板通道流入扩散层，再通过扩散层进入阴极催化层。在阴极催化剂的作用下阴极氧离子和与进入阴极的氢离子反应生成水。电子通过外部负载形成了电流。

1.2 电池组电压衰减原理

引起质子交换膜燃料电池的性能衰减有以下直接原因：电池关键材料，包括电解质膜、电极以及催化剂等等在运行过程中发生的污染、老化和降解过程，产生了电解质膜的质子传导能力下降、电极结构变化以及电催化剂的凝聚和老化现象，因此引起了电池组性能衰减。

PEMFC 采用了全氟质子交换膜，随着电池的运转使用，空气中的金属离子、电池系统以及电池内部金属材料腐蚀而产生的金属离子取代磺酸根基团上的质子形成磺酸盐结构，导致质子交换膜的含水量降低、水分子扩散系数的下降以及电迁移系数升高等副作用，电池性能产生衰减。空气内的SOx、氮氧化合物、烃类会使催化剂中毒，导致电池性能大幅下降。

1.3 巴士车电气……

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