车用燃料电池质子膜化学衰减评价技术
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随着 车用燃料电池的运行，膜电极在长期使用过程中质子交换膜的功能逐渐退化，伴随气体窜漏量（渗氢电流）增加和质子电导率下降，甚至带来安全隐患。 本文分享车用燃料电池质子交换膜的化学衰减评价技术 。
全氟磺酸质子膜的化学衰减来自OH·和OOH·等自由基的攻击，自由基的产生又来源于H 2 O 2 和过渡金属（主要为 Fe +2 ）的芬顿反应 。 H 2 O 2 产生于两电子ORR反应，即阴极渗透到阳极的氧气和氢离子结合两电子生成H2O2，如下图所示反应式。由于阴极电位较高，一定程度上抑制H2O2产生，阳极因电位较低通常产生更多H2O2。因此，氧气跨膜渗透是质子膜化学衰减的根源。
由于氧气渗透量高，开路工况通常是引起质子膜化学衰减的主要工况，因此可在此工况下评价质子膜化学衰减情况 。原因是因为：开路状态下反应气体没有消耗，阴极氧气浓度较高，根据扩散理论，氧气渗透量会增加；此外，开路状态下并无电化学产物水，阴极氧气浓度更高，且质子膜膨胀不足会增加膜孔隙率；最后，开路状态下，氧气渗透到阳极不受电渗拖拽力的阻碍。
H 2 O 2 气体暴露法质子膜材料级耐久实验装置
加速耐久测试中的检测项目主要是 通过离子色谱法捕获KOH溶液中氟离子浓度从而确定100 h内电解质中氟离子的排出速度 。除此之外，还可以评价重量减少率、分子量变化和磺酸集团的排出情况。
目前，针对 膜电极级别 的质子交换膜化学耐久测试规范，有美国能源部（DOE）、日本燃料电池实用化推进协会（FCCJ）和国际电工委员会（IEC）等机构给出了具体规范，对比如下表所示。我国 T/CAAMTB12-2020 《质子交换膜燃料电池膜电极测试方法》 团体标准中也给出了测试标准，指出阴阳极通入相对湿度皆为30%增湿、压力都为 50 kPag 的压缩空压和氢气，计量比均为 10（对应电流密度0.2 A/ cm 2 ） ，电池温度维持在 90℃ 。持续记录 OCV 的变化，并每隔 100 h 测量渗氢电流密度。测试终止时间为测试时间达到 500 h 或者 OCV 衰减至20%或渗氢电流密度大于 15 mA/ cm 2 。
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