燃料电池的耐久性的影响因素众多,而众多因素的影响程度不同,如何根据木桶原理,补短增强是提高燃料电池耐久性的关键。
开发长寿命电极要使用高稳定性的催化剂,添加能够增强复合膜抗腐蚀的添加剂,采用先进的膜电极和低损伤工艺。
提高催化剂的稳定性,主要从以下方法进行:①提高抗反极催化剂性能;②使用核壳结构催化剂,如PtPd/C;③使用石墨化载体催化剂;④提高催化剂的抗氧化性。
添加增强剂,主要为:①使用化学稳定性树脂; ②使用增强型的复合膜; ③使用高耐久性膜。
先进膜电极和无损工艺,主要为:
车用燃料电池失效主要体现在启动停机循环、负载的循环变化、怠速、大负载和苛刻的环境条件。 文[No.292]也阐述了燃料电池的耐久性的一个主要难题是其放置的条件范围非常大。氢燃料电池运行时会经历多个动态变化,比如启停,比如加速,比如怠速等等。除此之外,实际路况还有减速(卸载)和匀速等。这些共同构成了车辆实际道路的路况。
其中,启停循环条件主要体现在阴极催化剂表面积损失(催化剂颗粒由于碳蚀减少)、催化层的水聚集(催化层形态劣化)以及膜穿孔(干湿循环); 循环负载条件失效形式主要为阴极催化剂表面积损失(电位循环)和膜形成穿孔(温度湿度和压力循环引起机械应力),怠速条件失效形式主要为膜穿孔膜传质能力下降(过氧化氢的冲击)以及催化活性损失(膜分解导致的中毒),大负载条件失效形式主要为催化剂表面积损失(高温条件催化颗粒熟化),苛刻的环境条件失效主要表现在催化活性损失(反应气体的杂质污染)、膜传质能力损失(阳离子污染物交换质子)以及GDL气体渗透能力损失(流道被污物堵塞)。
总的来说,燃料电池车辆的测试路况分为四类:①动态循环工况;②开路、低载和怠速工况;③过载工况;④启停工况。其中,动态循环工况可能引起反应气体不足和电势的高频变化;开路、低载和怠速工况可能引起阴极的高电势;过载工况可能引起反应气体不足和水淹;启停工况由于环境空气的侵入可能造成阴极高电势。
