质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱弛豫时间分布研究

• 作者: 袁浩 戴海峰 杜润本 魏学哲
• 来源期刊: 机械工程学报
• 关键词: 质子交换膜燃料电池 电化学阻抗 极化过程 弛豫时间分布 等效电路模型
• 年，卷（期）: 2020,（22）
• 所属期刊栏目: 可再生能源与工程热物理
• 页码范围: 120-130
• 页数: 11页
• 分类号: TM911
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2020.22.120

摘要

电化学阻抗谱技术能够获取燃料电池不同频率阻抗,但对阻抗的构成缺乏进一步解析,难以直接构建精准的等效电路模型进行阻抗拟合分析,而弛豫时间分布(Distribution of relaxation time,DRT)方法不需要定义特定的等效电路模型,即可解析燃料电池不同时间常数的极化过程.针对实验室用质子交换膜燃料电池,在不同运行条件下对其进行阻抗谱测量,并通过Kramers-Kronig关系验证所记录阻抗数据的质量.基于DRT分析方法,系统地解释阻抗谱中各频段阻抗对应的物理或化学意义.研究表明,该电池的电化学阻抗谱主要由3个不同时间常数频段的极化阻抗构成,通过与运行条件相关性的系统分析,确定低频段阻抗为氧气在多孔介质中的传输阻碍,中频段阻抗为与氧还原反应有关的电荷传递阻碍,中高频段阻抗为阴极催化剂层中的质子传输阻碍.为进一步确定DRT分析结果的合理性,采用等效电路模型拟合测量的阻抗数据,辨识的电阻元件参数变化趋势与DRT分析结果一致.