2实验步骤

　　为了准确操作实验，取得准确的实验数据。为了确保每个实验数据是在燃料电池系统处于相对稳定条件下取得的，必须选择足够长的相邻数据记录时间间隔。本文中通过对大量实验和文献数据的分析，选择了240 s作为相邻两个数据记录的时间间隔。

　　3实验结果

　　笔者进行了3组实验，每组实验都只改变其中一个操作参数，而其余操作参数都不变，以此来研究这个参数对PEM燃料电池伏安特性、功率密度和电压的影响。

　　311燃料电池加热温度的影响

　　当电池加热温度从70℃升高到90℃时，PEM燃料电池的伏安特性和功率密度反而逐步降低。说明当电池加热温度低于加湿温度时，随着电池加热温度的升高，PEM燃料电池的性能也在提高。当电池加热温度高于加湿温度时，升高电池的加热温度反而会降低PEM燃料电池的性能。表明电池加热温度低于70℃时， PEM燃料电池的电压（U）随电池温度升高而升高，当电池加热温度高于70℃时，电压反而逐步降低。尤其在高电流密度（J）条件下，这种趋势表现十分明显。因为当电池加热温度低于70℃时，PEM燃料电池的性能主要受到电化学反应速度的控制，升高电池的温度会加快电化学反应的速度，提高交换电流密度，使电池的性能得到提高。同时燃料电池温度的升高可以加速反应物和生成物在电池中的传递，也有利于提高PEM燃料电池的性能。当电池加热温度高于70℃时，PEM燃料电池的性能主要受到质子膜及膜成分阻抗控制。这时，质子膜和膜成分因电池温度过高而出现脱水现象，质子膜和膜成分中的质子传导率降低，阻抗增大，降低了PEM燃料电池的性能。

　　312氢气加湿温度的影响

　　当加湿温度超过电池加热温度70℃时，在电流密度低于110 A/ cm 2条件下，电池性能几乎没有变化，而在电流密度大于110 A/ cm 2时，电池的伏安特性和功率密度反而下降。很明显反映了这种趋势。这主要是工业加湿温度较低时，氢气携带的水分少，扩散进入阳极催化剂层中的水分就更少，这样使质子膜在阳极侧的水分减少，阻抗增大，质子膜的阻抗控制着燃料电池的性能。随着氢气加湿温度的升高，携带的水分增加，膜阳极侧的阻抗降低，燃料电池的性能得到提高。而当氢气加湿温度太高时，氢气携带的水分大大超过了质子在质子膜中迁移时需要的水分，此时会在电极多孔介质中出现过多的液态水，阻碍了气体的扩散，浓差极化控制着电池的性能，这种情况当电流密度较大时表现最为明显。

　　313空气加湿温度的影响

　 70～90℃时，随着空气加湿温度的升高，低电流密度时，燃料电池的性能和功率密度变化也不明显，可是在高电流密度时，电池的性能和功率密度反而下降。这是因为从50～70℃时，水分的增加对氧气在阴极中的扩散带来了一定的影响，可是这种影响没有成为PEM燃料电池性能和功率密度影响的主要因素，因此空气加湿温度在低于电池加热温度时，对电池的性能影响不明显。当空气加湿温度高于电池加热温度时，由于空气携带了大量的水分，在阴极多孔电极中产生了过多的液态水，阻碍了氧气在阴极中的传递，使氧气的浓差极化成了控制燃料电池性能的主导因素，因此在这个温度段内，提高空气加湿温度，燃料电池的性能反而下降，这种现象在高电流密度下，氧气消耗很大时表现最为突出，因为高电流密度下，电池阴极本身生成的水分也增加，加剧了电池阴极的淹没程度。

　　4结论

　　（1）电池加热温度低于反应气体加湿温度时，增加电池温度可以提高PEM燃料电池的性能和功率密度。电池加热温度高于反应气体加湿温度时，升高电池加热温度，PEM燃料电池的性能和功率密度反而下降；（2）氢气加湿温度低于电池加热温度时，随着加湿温度的升高，PEM燃料电池的性能和功率密度得到提高。氢气加湿温度高于电池加热温度时，随着加湿温度的升高，PEM燃料电池性能和功率密度反而下降；（3）空气加湿温度低于电池加热温度时，空气加湿温度的升高对PEM燃料电池的性能和功率密度影响不明显。空气加湿温度高于电池温度时，升高空气加湿温度，PEM燃料电池的性能和功率密度反而下降。

　　（4）实验条件下，加湿温度和电池温度都是70℃时，PEM燃料电池取得最好性能。