质子交换膜燃料电池在零度以下低温和环境杂质条件下对燃料电池的寿命影响至关重要。其基本的科学问题是在微观的扩散层到宏观的催化剂和质子导体表面、气/液/固相界面中,多组分传递、吸/脱附、相变乃至反应的多尺度、多过程的耦合作用机制。本项目以探明质子交换膜燃料电池在零度以下低温的极端条件和杂质条件下的失活规律为目标,通过实验表征、微观/宏观分析和集成验证试验等方法,系统研究了环境因素-气体污染物和零度以下低温,对质子交换膜燃料电池的关键材料(催化剂与质子交换膜)及关键部件(膜电极组件)的结构和性质的影响机制,掌握零度以下低温和杂质存在时质子交换膜燃料电池的性能变化,探究质子交换膜燃料电池在此条件下工作性能下降的本质原因,同时研究了质子交换膜燃料电池的使用适应性问题。通过改进电极制备工艺,提高了薄层催化层的憎水性和低温稳定性。在国内率先完成燃料电池零下10度自启动,提出了零下20度辅助启动方法,实现零下30度无损伤保存。针对硫化物中毒,提出了扩散层与微孔层的改性方法,提出了外净化解决对策,中毒恢复方法在电堆上已经实施。
英文主题词proton exchange membrane fuel cell; subzero temperature; contaminant