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什么是燃料电池加湿器？
在 PEM燃料电池的运行中，水管理非常重要，因为聚合物电解质膜的质子电导率与膜的水合程度成正比，而质子电导率在确定电池性能方面起着关键作用。相对湿度从 85% 变为 35% 会导致 Nafion 的质子电导率从 0.09 Scm 降低到 0.009 Scm。原则上，燃料电池需要使用燃料电池加湿器进行水合。过量的水会导致反应气体向催化层扩散。这会降低电池性能，且因浓度、极化和质量传输造成损失。为了获得高性能和良好的质子电导率，必须保持膜中的最佳水含量。这可以通过将加湿的反应气体输送到加湿器来实现。
燃料电池加湿器如何工作？
燃料电池加湿器可防止燃料电池膜干燥。此外，加湿器通过将废气中的水蒸气转移到进气中来提供湿度。送入燃料电池的气体经过加湿，以保持膜的最佳水合水平。
燃料电池加湿器有哪些不同类型？它们是什么？
根据不同的用途，市场上存在不同类型的加湿器。
燃料电池加湿器的分类：
a) 根据加湿方式
- 气对气加湿
- 水转气加湿
b) 根据加湿类型
- 循环加湿器
- 中空纤维膜加湿器
- 平板膜加湿器
c) 根据加湿器设计
i) 内部加湿
- 特殊堆叠设计
- 直接液体喷射
- 膜添加剂
- 灯芯、海绵和多孔板
ii) 外部加湿
- 气泡加湿器
- 焓轮加湿器
- 膜基加湿器
燃料电池堆需要加湿器吗？
氧化剂还原反应内部产生的水通常不足以确保电池各处的电解质膜充分水合。反应物流的干燥效应会从 GDL 中去除该产物水并使膜变干，尤其是在流场通道的起始处。使问题更加复杂的是，虽然希望在较高温度下操作燃料电池以最大限度地减少活化损失，但由于饱和蒸汽压曲线呈指数增加，因此在较高温度下产生的干燥效应会变得更加明显。加湿是必要的，以确保整个膜面积都得到良好的加湿。更湿润的膜具有更高的质子电导率和更长的使用寿命。因此，燃料电池必须与燃料电池加湿器模块集成在一起，以实现最佳性能。
可以使用不同的方法和设计来实现堆栈加湿。加湿器的选择取决于应用。当考虑实验室测试系统时，反应气体通常通过将其通过气泡加湿器中的水浴来加湿，该加湿器控制在所需的温度。该过程假设空气的露点与气泡加湿器的温度相同。该温度可以独立于电池温度进行控制，以实现气体的所需 RH 值。水蒸气被气体吸收，水的吸收量是水气界面面积的函数。这是一种传统的加湿方法，由于其简单和低成本而被广泛应用于小型实验室燃料电池，但它对于大型堆栈的使用来说并不十分实用。
燃料电池加湿器中主要有哪些接口？
燃料电池加湿器由各种部件组成，使进入的气体加湿。根据所选加湿器的类型，将使用不同的部件。传统加湿器的各个部件是用于进入热气体的输入通道和用于输出冷气体的输出通道。根据所选加湿器的类型，加湿器中提供分离膜、板或管以分离热气体和冷气体。
燃料电池加湿系统的关键性能标准是什么？
加湿器是燃料电池设计中的一个重要考虑因素。加湿器需要能够始终保持稳定、准确的反应物湿度和流向燃料电池的流量水平。响应时间或达到所需湿度水平的速度也是一些用户的考虑因素。如前所述，一些加湿方法可以比其他方案更快地实现或改变加湿水平。加湿器还需要能够为燃料电池提供足够的阳极和阴极流速。
PEM燃料电池加湿器的性能和耐用性取决于燃料电池加湿系统的稳定性、准确性和容量。加湿器的稳定性是需要维持的燃料电池所需流速的重要因素。气体的流速决定了加湿器的稳定性。加湿器在维持进气所需湿度水平方面的准确性会影响燃料电池的性能。每个循环都应保持相同的湿度水平，以实现最佳性能。需要考虑加湿器的容量以匹配燃料电池的容量。加湿器到燃料电池的流量不应受到限制。
燃料电池加湿器的其他必需标准是温度和热质量。温度是对燃料电池加湿器性能影响最大的一个参数。温度越高，供应气体的水蒸气含量就越大。进入加湿器的热气体与流出的冷气体的总接触表面积是影响燃料电池整体效率的关键性能参数之一。
燃料电池加湿器如何影响燃料电池系统的运行和效率？
加湿器通过减少或消除电解质膜的脱水来提高燃料电池及其燃料电池组的效率。由于进入的加湿气体，基于膜的电解质的寿命会增加。燃料电池的预期寿命取决于膜的寿命。因此，燃料电池需要保持膜的湿度，从而提高燃料电池的效率。
燃料电池系统的理想湿度水平应该是多少？
燃料电池应保持理想的湿度水平，以确保正常运行。空气湿度应高于 80%，以避免过度干燥；湿度必须低于 100%，以避免电极处可能发生的淹水现象。
如果在燃料电池系统中不使用燃料电池加湿器会发生什么情况？
燃料电池运行时如果没有燃料电池加湿系统，会导致电解质膜脱水。这会导致膜穿孔，从而降低燃料电池系统的整体效率。所有商用燃料电池都使用加湿器来获得燃料电池的最佳性能。要么燃料电池需要实施内部加湿系统，要么使用外部加湿来提高燃料电池的效率和使用寿命。
燃料电池加湿器维护时应注意什么？
燃料电池加湿器的重复使用会缩短加湿器的使用寿命。因此，燃料电池加湿器的维护对于提高加湿器的效率非常重要，从而提高燃料电池的效率。加湿器的正确维护需要高效的清洁系统，以实现高性能和更长的使用寿命。这用于清除加湿器气体分离膜上的灰尘和障碍物。加湿器壁上应清除所有因潮湿而形成的细小颗粒。
燃料电池加湿器的寿命是多长？
PEM 燃料电池加湿器的寿命是最重要的参数，它会对所有其他因素产生影响。因此，人们对燃料电池加湿器性能的研究越来越感兴趣，以便开发耐用的燃料电池加湿系统并在不久的将来将其集成到实际应用中。燃料电池加湿器的寿命取决于加湿器的工作参数和效率。燃料电池加湿器的最大寿命为 18,000 至 20,000 小时。
据报道，膜电极组件 (MEA) 的降解发生在低湿度条件下或反应气体未加湿的情况下。相反，在进料流饱和加湿的情况下未观察到显著的降解。然而，迄今为止，对低湿度条件下 MEA 降解的实际机制的理解仍不明确。
最后更新：2023 年 1 月 13 日