环境水分含量与甲醇燃料电池阴极的关系

依靠极佳的性能与低温快速启动的环保特点，甲醇燃料电池得以在近几年成为电池领域的新型宠儿。但虽然甲醇燃料电池相较于传统电池在各个方面都有着较为明显优势，但其却更容易受到某些外界环境因素的影响，在本文中，小编就将为大家介绍空气的变化对于甲醇燃料电池中阴极的影响。

图1

图1为空气增湿对电池性能的影响。可以看出阴极空气增湿对电池的稳态电流-电压极化曲线有显著影响。阴极空气经过增湿以后的电池性能明显要好于未增湿的，主要原因在于空气阴极的水平衡失衡而导致膜的质子传输困难，电池性能下降。如果空气阴极一侧生成的水和阳极甲醇溶液通过Nafion膜扩散到阴极上的水不足以弥补阴极中大量空气带出去的水分时，阴极水平衡就会被破坏，造成空气电极一侧质子交换膜失水变干，引起膜的质子传输困难和膜电极结构变化（如膜失水收缩会造成催化层和膜的接触松动等），导致电池性能下降。

空气增湿温度对电池性能的影响

图2

图2示出了不同空气增湿温度对电池V-I曲线的影响，图3示出了空气增湿温度对电池功率密度曲线的影响。由于DMFC使用的是甲醇溶液，相对于PEMFC而言，能够更好地保持Na-fion117膜水平衡和提高膜的导电率。关于阴极空气增湿温度对电池性能影响的文献报道并不多，试验中发现，空气增湿温度对电池性能有着较大的影响。

图3

图2与图3表明，随着空气增湿温度的提高，电池性能提高幅度较大。在其他工艺参数相同条件下，当空气增湿温度为30℃时，电池开路电压为0.581V，电池峰值功率为10.319mW/cm2；而当空气增湿温度提高到60℃时，电池开路电压为0.721V，电池峰值功率可以达到12.869mW/cm2。增湿温度的提高，一方面使电池温度上升，加快了阴极电化学反应的速率；另一方面也使空气获得了较多的水分，从而弥补了空气带出电池外的水分损失，在一定程度上保证了膜电极的水平衡，避免了Nafion117膜因水分损失过多而造成的膜干涸以及膜电阻急剧上升。

通过以上的分析，可以看到，随着空气湿度的增加，被带入到电池中的水分会逐渐增多。以及在电池大电流密度较大的情况下，电池自身通过阴极反应也会大量产生水分，而这些水分无法第一时间被吹扫和排出，这就导致了阴极当中的“电极水淹”现象，严重影响电池的性能发挥。所以在使用甲醇燃料电池时应将空气增湿度控制在40~60℃之间最为合适。