【作者】

Tatsumi Kitahara

【摘要】

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 聚合物电解质燃料电池（PEFC）能够高效运行，减少温室气体排放，并符合废气（SOx、NOx和PM）法规。因此，船用燃料电池的应用将是减少环境影响、解决能源危机的有效手段。提高耐久性、可靠性和耐受海洋环境中常见的恶劣条件（如船舶振动和海盐暴露）的能力，对海洋燃料电池的商业化至关重要。燃料电池系统由电池组和辅助装置组成，如冷却、氢气和空气供给和加湿系统。多个单体电池通常串联在一起产生高输出功率，即使是单个电池的异常运行也会导致整个电池组的故障。因此，检测船舶燃料电池的异常运行状况，对于提高船舶燃料电池的耐久性和可靠性，保证船舶燃料电池的长期安全稳定运行至关重要。 本文研究了由辅助装置故障引起的电池温度、供气流量和相对湿度异常变化对等效电路模型中电阻、电荷转移和传质电阻的影响，应用电化学阻抗谱分析。降低空气流速会减少从分离器流道到电极的氧气供应，这会增加传质阻力，从而降低电池性能。提高电池温度和降低供应气体湿度都会降低膜的质子导电性，从而提高欧姆电阻。维持膜的水化是获得足够的质子导电性的关键。然而，过高的气体湿度会促进水浸，这意味着电极、气体扩散层和流动通道中积聚了过量的水，从而增加了质量传递阻力。为了提高燃料电池的性能和耐久性，必须防止薄膜脱水和浸水。气体扩散层（GDLS）包覆疏水微孔层（MPL）是改善燃料电池水管理的常用方法。然而，设计用于在低湿度条件下防止膜脱水的疏水性MPL涂层GDL在降低高湿度条件下的淹水方面通常较差。因此，与传统MPL涂层GDL相比，开发了一种含亲水性碳纳米管的MPL涂层GDL，以进一步提高低湿度和高湿度条件下的性能。 还评价了向阴极进气中注入氯化钠溶液对电池性能的影响。注入氯化钠溶液后，恒电流密度下的电池电压降低。钠离子置换膜中的质子会降低质子的导电性。氯离子阻断活性铂位点，加速铂的溶解。这些效应降低了催化剂层的总活性面积。在阴极气流中存在氯化钠会增加所有电阻，从而降低电池性能。然而，电荷转移电阻的增加是最显著的。最后，评价了检测到氯化钠污染导致的性能下降后，用蒸馏水代替氯化钠溶液的效果。在性能退化初期，催化剂层的铂对氯离子吸附程度相对较低。在开始注入蒸馏水后，电池电压逐渐升高，并达到一个恒定值，与正常条件下获得的没有氯化钠污染的恢复值相比，恢复值为97%。在初始检测到异常操作条件后注入蒸馏水，可以有效地恢复电池早期的性能。

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

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