D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.06.024 第25卷第6期 北京科技大学学报 Vol.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2003 环境条件对质子交换膜燃料电池性能的影响 毋茂盛12) 余达太”李果》张洋平 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)河南师范大学计算机系，新乡453002 摘要研究了不同环境温度、湿度条件下小功率质子交换膜撚料电池(PEMFC)堆的性能， 结果表明：环境温度、湿度对PEMF℃堆的性能有很大影响，随着相对湿度的增加，PEMFC堆 的最大输出功率显著提高；当相对湿度小于30%或者当环境温度降至10℃以下时，PEMPC堆 的性能严重下降. 关键词质子交换膜燃料电池：温度：相对湿度：功率 分类号TM911.4 燃料电池(Full Cel)是一种直接将储存在燃 电池堆 料(H)和氧化剂(O2)中的化学能通过反应转换 阳极 成电能的装置，它具有能量转换率高、环境污染 减压阀 小、噪音低、可靠性及维修性好等优点，在各种类 加湿瓶 型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC) 风机 阴极 因具有功率密度高、工作温度低、起动时间短、采 0 用了无毒性的固态电解质不发生泄露等优点，在 电动汽车、可移动电源及小型电厂等方面有着巨 模拟负载 DC/DC 大的市场潜力I,PEMFC的性能与许多因素有 A 关，提高FEMFC的性能是燃料电池研究领域的 图1实验设备配置 一项重要课题，本文主要研究了环境温度、湿度 Fig.I Schematic of the experimental apparatus 等因素对EMFC性能的影响. 1实验方法 11实验原料与设备 实验中所用H的纯度为99.9999%，具体实验 设备配置如图1所示， 氢气罐中H的压力为15MPa,经过两级减压 图2模拟负载接线图 阀后，减为0.03MPa,再经过加湿瓶加湿，最后被 Fig.2 Configuration of simulated load 送到PEMFC堆的阳极；空气由风机送至PEMFC 通过K1~K8开关实现8个档位的负载变化. 堆的阴极，进入阴极的空气一部分作为PEMFC 1.2实验方法与步骤 堆的氧化剂参加反应，另一部分用散热，将反应 实验在一个密封良好的小房间中进行，由于 生成的热带走，实验中所用的PEMFC堆由40个 实际的环境温度不易且也没有必要控制到某一 电池串联而成，其输出通过DCDC接至模拟负 精确值，所以，实验时将环境温度分成4个段，分 载.模拟负载为8个低压灯泡，连接如图2所示， 别为30℃以上，30-20℃，20-10℃以及10℃以下. 收稿日期2003-03-18毋茂盛男，40岁，副教授，博士 在每一个温度段通过改变环境湿度，测出不同湿 *河南省科技攻关资助项目QNo.001140118) 度下PEMFC堆的输出功率，另外由于实验中所第 2 5 卷 第 6 期 2 030 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n 钾 e sr i yt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l0 gy B e ij i n g V b l . 2 5 N 0 . 6 D e e . 2 0 03 环境条件对质子 交换膜燃料 电池性能的影 响 毋 茂盛 ’ ,2) 余 达太 ” 李 果 ” 张 洋平 ` , l) 北 京科技 大学 信 息工程 学 院 , 北京 10 0 83 2) 河 南师 范大 学计 算机 系 , 新 乡 4 5 3 0 02 摘 要 研 究 了不 同环 境 温度 、 湿 度条 件下 小功 率 质子 交换 膜燃 料 电池 (P E M F )C 堆 的性 能 . 结果 表 明 : 环 境温 度 、 湿 度 对 P E M FC 堆 的性 能有 很 大影 响 , 随着相对 湿 度 的增加 , P E M F C 堆 的最 大输出功 率 显著 提高 ; 当 相对 湿度 小 于 30 % 或者 当环 境温 度 降至 10 ℃ 以下 时 , P E M pC 堆 的性 能严 重 下降 . 关键词 质子 交换 膜 燃料 电池 : 温 度 : 相 对湿 度 ; 功 率 分类 号 T M gl l . 4 燃料 电池 (F ul l C el )是 一 种 直接将 储 存在 燃 料 (凡) 和氧 化 剂 ( q ) 中 的化 学 能通 过 反 应转 换 成 电能 的装 置 , 它 具 有 能量 转 换 率 高 、 环 境 污染 小 、 噪音 低 、 可靠 性及 维修 性 好等 优 点 . 在各 种类 型 的燃 料 电池 中 , 质 子交 换膜燃 料 电池 ( P E M F C ) 因具 有 功率 密度 高 、 工作温 度低 、 起 动 时间短 、 采 用 了无 毒 性 的 固态 电解质 不 发 生泄 露等 优点 , 在 电动汽 车 、 可 移动 电源 及小 型 电厂等 方 面有 着 巨 大 的 市场 潜 力 「团 . P EM FC 的性 能与 许 多 因 素 有 关 , 提 高 F E M FC 的性 能是燃 料 电池研 究领 域 的 一 项 重 要课 题 , 本文 主 要 研 究 了环 境温 度 、 湿 度 等 因素 对 FE M F C 性 能的 影 响 . 阳极 H 2 阴极 D C D/ C 电池 堆 图 1 实 验设 备 配 i F ig . I S e h e . a 廿e o f ht e ex P e ir m e n at l a P p a r a t u s 1 实验 方 法 L l 实 验 原料 与设 备 实验 中所用 玫 的纯 度 为 9 . 9 9 9 9% , 具体 实验 设 备配 置 如 图 1 所 示 . 氢气 罐 中 玫 的压 力为 巧 M P a , 经 过 两级 减压 阀后 , 减为 .0 03 M P a , 再 经 过 加湿 瓶加湿 , 最 后被 送 到 P E M F C 堆 的 阳 极 ; 空气 由风机 送 至 P E M F C 堆 的 阴极 , 进 入 阴极 的 空气 一 部 分作 为 P E M F C 堆 的氧 化 剂 参加 反 应 , 另一 部 分用 散 热 , 将 反应 生 成 的热 带 走 . 实验 中所 用 的 P E M F C 堆 由 40 个 电池 串联而 成 , 其 输 出通过 D C 心C 接 至 模拟 负 载 . 模 拟 负 载 为 8 个 低 压灯 泡 , 连 接如 图 2 所 示 , 收稿 日期 2 0 03 一3 一 18 毋 茂盛 男 , 4 0 岁 , 副教授 , 博士 * 河南 省科 技攻 关 资助项 目 (N .0 0 0 1 14 01 18) 图 2 模 拟 负 载接线 图 F ig · 2 C o n 6 g u r a iot n o f s i m u 】a t e d I 0 a d 通过 K l ~ K S 开 关 实现 8 个 档 位 的 负载 变化 . 1.2 实 验 方法 与 步骤 实验 在 一个 密 封 良好 的 小房 间 中进行 , 由于 实 际 的环 境 温 度 不 易且 也 没 有 必要 控 制 到某 一 精 确值 , 所 以 , 实 验 时将 环境 温 度 分成 4 个 段 , 分 别 为 3 0 oC 以上 , 3 0一2 0 oC , 2 0一 10 oC 以及 10 oC 以下 . 在 每一 个温 度段通 过 改变 环境 湿度 , 测 出不 同湿 度 下 P E M F C 堆 的输 出功 率 . 另 外 由 于实 验 中所 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 06. 024