양성자 막 부전의 두 가지 주요 표현

PEMFC의 전해질은 Perfluorosulfonic Acid입니다양성자 교환 막(PFSA 멤브레인)는 주로 수소와 공기를 차단하고 전자를 차단하고 양성자를 수행하는 역할을하는 (PFSA 멤브레인)연료 전지세포/전해질. 작동 시간이 증가함에 따라PFSA 멤브레인변할 것이며, 주로 다음 두 가지 측면에서 다양한 기능이 필연적으로 영향을받습니다.

1. 가스 교차 침투

오랫동안 작업 한 후, PFSA 멤브레인의 두께가 감소하고 균열 및 천공과 같은 결함이 나타납니다. 가스를 차단하는 능력은 크게 약화 될 것이며, 수소와 공기는 PFSA 멤브레인을 통해 교차 임대 될 것이며, 배터리의 개방 회로 전압 (OCV)이 감소합니다.

PFSA 막 결함의 메커니즘은 주로 기계적 손상 및 전기 화학에 의한 막 분해로 인한 감쇠의 두 가지 측면으로 나눌 수있다.

PFSA 멤브레인은 습식 및 뜨거운 사이클에서 반복적으로 팽창하고 줄어들어 응력주기가 발생합니다. 시간이 지남에 따라 균열이 발생합니다.

균열의 생성은 반응 가스의 누출 및 교차 침투를 촉진하여 전기 화학 분해를 악화시킬 것이다;

전기 화학 분해로 인한 결함은 응력 농도 영역이되어 기계적 손상을 가속화합니다.

두 가지 주요 표현양성자 막실패

손상된 PFSA 막 구조의 SEM 이미지

마이크로 포어 또는 미세 균열의 생성은 PFSA 멤브레인 고장을 즉시 유발하지 않지만 주기적 기계적 응력의 작용 하에서 특정 크기로 확장됩니다. 이 공정은 PFSA 멤브레인 수명의 50%를 차지합니다. 따라서, PFSA 막의 피로 저항은 매우 중요하다.

OCV는 PFSA 멤브레인의 수명을 측정하는 중요한 지표입니다.

PFSA 막 내부의 심각한 가스 교차 침투는 OCV의 감소로 이어질 것이다. 이것에 대한 두 가지 의견이 있습니다.

하나의 견해는 개방 회로 상태에서, 수소가 캐소드로 침투하고, 음극의 전기 촉매 작용 하에서, 혼합 전위가 생성되어 국소 반 세포를 형성하여 배터리의 OCV를 낮추는 것입니다.

또 다른 견해는 수소가 캐소드로 침투 한 후, PT 촉매의 표면에 흡착되어 PT-O 인터페이스를 파괴하여 PT-O 혼합 전위를 감소시켜 OCV를 감소 시킨다는 것입니다.

OCV의 감소는 또한 전자 단락으로 인해 발생할 수 있습니다.

가스 부분 압력을 변경하여 전자 단락과 가스 침투를 구별 할 수 있습니다.

가스 부분 압력이 증가하면 막 양쪽의 가스 압력이 더 커지고 가스 막 횡단 투과가 강화되고 OCV가 크게 감소 할 것입니다. 반대로도 마찬가지입니다.

OCV 감소가 가스 압력과 관련이 있다면, 이는 막의 가스 장벽 성능의 약화로 인한 가스 교차 투영과 관련이 있음을 의미합니다. OCV 감소가 가스 압력과 관련이 없으면 전자 단락으로 인해 발생한다는 것을 의미합니다.

2. 양성자 전도도 감소

PFSA 막이 오염 될 때, 설포 네이트 그룹의 양성자는 다른 금속 양이온으로 대체되어 막의 재료 등가 EW 값의 증가, 방출 될 수있는 양성자 수의 감소 및 수용 할 수있는 물의 양이 감소한다. 이 둘은 함께 양성자 막의 양성자 전도도가 감소하게됩니다.

EW 값은 1 몰의 수소 이온에 필요한 막의 질량을 나타냅니다. EW 값이 작을수록 막에서 양성자 밀도가 커지고 막의 전도도가 더 좋습니다.

또한, 양성자 막이 자유 라디칼에 의해 공격을받을 때, 설포 네이트 그룹은 습식 열 사이클 하에서 무수물을 형성하기 위해 습식 열 사이클에서 발생하는 경우, 이들은 양성자 막이 양성자를 잃고 EW 값을 증가 시키며 궁극적으로 전도도의 감소를 유발할 것이다.