大家都知道，人活著的時(shí)候是離不開氧氣O2的，而氫燃料電池在工作的時(shí)候也類似，一旦反應(yīng)氣體供氣不足，氫燃料電池就容易“窒息”——出現(xiàn)反極現(xiàn)象，從而危害氫燃料電池使用壽命。
一、反極現(xiàn)象及發(fā)生原因
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氫燃料電池反極通常是指電堆運(yùn)行時(shí)，由于陽極氫氣供氣不足導(dǎo)致單節(jié)電池電壓低于零伏的現(xiàn)象，該現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致陽極催化劑發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，從而導(dǎo)致氫燃料電池輸出性能衰減。
也就是說，反極現(xiàn)象的本質(zhì)原因是反應(yīng)氣體供氣不足，實(shí)際上，陰極和陽極都有可能發(fā)生反極現(xiàn)象，只是陽極氫氣不足的情況更為普遍，大多數(shù)抗反極手段也是針對(duì)陽極氫氣不足來開發(fā)。
陽極缺氫氣時(shí)，由于沒有足夠的氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)釋放電子和質(zhì)子來維持電荷平衡，為了維持整個(gè)電堆系統(tǒng)的電荷平衡，陽極催化層的其它物質(zhì)(例如水、碳)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生質(zhì)子和釋放電子。
啟停、快速變載、操作失誤、高功率運(yùn)行、雜質(zhì)堵塞氣體傳輸通道、水淹等因素都會(huì)導(dǎo)致陽極局部或整體欠氣，從而出現(xiàn)反極現(xiàn)象。值得注意的是，反極現(xiàn)象是不會(huì)發(fā)生在單片氫燃料電池上的，一般是發(fā)生在電堆中。
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二、抗反極手段
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氫氣不足是反極現(xiàn)象本質(zhì)原因，但在商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景中，采用氫氣過量的方法來抗反極有諸多限制。因此，抗反極只能從別的手段入手，較為常見的是阻止碳腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，也就是在膜電極催化劑中添加IrO2。
水電解催化劑(IrO2)可通過析氧反應(yīng)(而非碳氧化反應(yīng))來提升質(zhì)子和電子生成速率，主動(dòng)保護(hù)陽極，從而有效延長(zhǎng)反極時(shí)間。
抗反極催化劑結(jié)構(gòu)示意圖，通用氫能?CN111029599B
抗反極CCM結(jié)構(gòu)示意圖，新源動(dòng)力?CN111082078B
除此之外，還有優(yōu)化系統(tǒng)控制策略，如對(duì)電壓和排氣持續(xù)監(jiān)控、陽極吹掃等有意停止或延遲陽極電壓上升等抗反極手段。
燃料電池反極相關(guān)專業(yè)術(shù)語：
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膜電極抗反極性能（cell?reversal?tolerance）
膜電極抗反極性能是用來評(píng)價(jià)燃料電池在發(fā)生反極現(xiàn)象時(shí)，膜電極性能保持不衰減的能力。一般用停機(jī)反極運(yùn)行時(shí)間和無損反極運(yùn)行時(shí)間來表征，單位是分鐘（min）。
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停機(jī)反極運(yùn)行時(shí)間（Duration?of?cell?reversal?until?cell?cutting?off）
從燃料電池發(fā)生反極現(xiàn)象起到燃料電池到達(dá)截止保護(hù)電壓而停機(jī)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，單位是分鐘（min）。
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無損反極運(yùn)行時(shí)間（Duration?of?cell?reversal?without?performance?lose）
從燃料電池發(fā)生反極現(xiàn)象起到其額定功率衰減4%以內(nèi)的連續(xù)反極運(yùn)行時(shí)間，單位是分鐘（min）。
膜電極相關(guān)廠商：鴻基創(chuàng)能、理工氫電、擎動(dòng)科技、唐鋒能源、億氫科技、泰極動(dòng)力、揚(yáng)志股份、巴拉德、新源動(dòng)力、未勢(shì)能源、國(guó)氫科技、清能股份、威孚高科等。
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來源：艾邦氫科技網(wǎng)綜合整理
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：當(dāng)氫燃料電池發(fā)生“窒息”：反極現(xiàn)象及對(duì)抗方法
