成果简介

质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、无有害气体排放、反应温度低、氧化剂需求低等优势，可用于交通运输、移动电源、以及备用电站等领域。

根据质子交换膜燃料电池的工作原理，在其工作过程中，在阴极催化剂层将会产生气态或者液态水。如果产生的水不能及时排除，将会阻碍流道影响反应气体到达反应界面，导致电堆性能下降。提高阴极流道空气流量或者流速可以增强排水，但是过度排水将会造成电堆质子交换膜水含量降低，导致质子传导阻抗增加，同样将会造成电堆性能下降。此外，燃料电池电堆由许多单片串联组成，供气结构设计使得单片工作条件存在差异，进一步导致单片水含量存在不一致性，这可能造成部分单片水含量过高或者过低。因此，为了保证电堆正常工作，需要实现单片水含量的实时监测，以便及时调节进而保证各片水含量均处于合理区间，从而实现电堆性能稳定。

燃料电池的交流阻抗特性可以表征其特定组成部件的工作条件，比如膜的水含量。

本成果提供一种可用于测量燃料电池电堆单片电压与电化学交流阻抗谱的方法与测量装置。运用这些方法与装置可以实现燃料电池电堆单片电压的在线测量，进而监测电堆运行状态；同时，实现单片电化学交流阻抗谱的在线测量，依据高频阻抗与膜水含量的关系，可以在线估计膜的水含量，以此作为反馈可以进行堆内水热状态控制，从而保证电堆稳定运行；此外，还可以实现燃料电池停机时保持非氧环境，防止碳电极和膜被氧化腐蚀。

应用前景

本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域，用于检测膜电极水含量等。

知识产权

本成果核心技术涉及5项发明专利。

团队介绍

项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括院士1人，教授3人，副教授1人，副研究员及高级工程师5人，硕博士多人。课题负责人为车辆学院教授，党委书记，获得国家技术发明二等奖2项，北京市科学技术一等奖1项、中国汽车工业技术发明一等奖1项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程。

合作方式

技术许可。

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