动态加速应力测试和合在线分析程序,以阐明质子交换膜燃料电池的衰老过程
Lena Birkner1,2, Michael Foreta2, Ali Rinaldi3
1Nuremberg Institute of Technology, Institute for Applied Hydrogen Research, Electro- and Thermochemical Energy Systems (H2OHM), 90489, Nuremberg, Germany.
Scientific reports
|February 18, 2024
概括
质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的新动态加速应力测试显著加快了重型车辆的耐用性测试. 这种方法准确地识别了老化过程,使得能够开发更持久的PEMFC组件.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 汽车工程 汽车工程
背景情况:
- 重型车辆需要耐用的质子交换膜燃料电池 (PEMFC),使用寿命超过30,000小时,以免排放运行.
- 现有的测试方法不能充分反映现实的操作场景或足够加速老化.
研究的目的:
- 开发和验证动态加速应力测试 (DAST),并对PEMFC膜电极组件 (MEAs) 进行全面的in-situ和ex-situ分析.
- 在模拟现实世界重型车辆运行条件下准确确定PEMFC老化过程.
- 在PEMFC组件中区分可逆和不可逆的故障模式.
主要方法:
- 开发一个动态加速应力测试,涉及负载循环 (低,中等,高),变化温度/湿度和恢复序列.
- 通过电化学方法,质谱学和离子色谱学对PEMFC系统阶段 (固体,液体,气体) 的在线监测.
- 使用X射线光,扫描电子显微镜 (SEM) 和传输电子显微镜 (TEM) 进行MEA结构和元素组成的尸体解剖后分析.
主要成果:
- 开发的程序成功地在1000小时内将商业PEMFC老化到生命周期结束,这显著加快了测试时间表.
- 综合分析提供了对PEMFC MEA中潜在的衰老机制的准确理解.
- 通过受控循环和恢复序列区分可逆和不可逆的降解途径.
结论:
- 动态加速压力测试有效模拟现实的操作压力,并显著加快PEMFC老化.
- 这种综合测试和分析方法对于开发无排放重型车辆的耐用PEMFC组件至关重要.
- 该方法提供了对故障模式的宝贵见解,指导设计更强大,更持久的燃料电池系统.
