燃料電池具有工作溫度低、啟動(dòng)響應(yīng)快、能源效率高、電池壽命長(zhǎng)、產(chǎn)物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是交通、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。當(dāng)前，各國(guó)主要經(jīng)濟(jì)體都在加大氫燃料電池技術(shù)研究投入，破解氫燃料電池商用化難題。燃料電池測(cè)試系統(tǒng)作為氫能實(shí)驗(yàn)室科研需要的儀器，發(fā)揮著重要作用。

燃料電池測(cè)試包含電池性能測(cè)試（穩(wěn)態(tài)模型、極化曲線V-I特性、極限電流、氣體計(jì)量比、擴(kuò)散增益、溫度、壓力、濕度、過(guò)載等）、氣密性測(cè)試、耐久性測(cè)試及環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試等內(nèi)容。一套功能強(qiáng)大的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)可以幫助科研人員高效率完成測(cè)試工作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，結(jié)果易重現(xiàn)，節(jié)約大量的寶貴時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)室選擇燃料電池測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該注意哪些技術(shù)問(wèn)題呢？這3個(gè)技術(shù)點(diǎn)值得注意。

1、自動(dòng)背壓與手動(dòng)背壓

背壓的作用是根據(jù)燃料電池電堆進(jìn)氣需求，與空壓機(jī)配合，提供適當(dāng)流量和壓力的空氣。有自動(dòng)背壓與手動(dòng)背壓兩種類型。實(shí)驗(yàn)室一定要首先考慮自動(dòng)背壓型燃料電池測(cè)試系統(tǒng)。

手動(dòng)背壓依賴實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能非常細(xì)膩地調(diào)控?cái)?shù)值，反應(yīng)滯后，且存在壓力波動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)試數(shù)據(jù)受人為干預(yù)因素較大，不利于結(jié)果復(fù)現(xiàn)。

自動(dòng)背壓由計(jì)算機(jī)程序控制，可以連續(xù)實(shí)時(shí)保持恒流恒壓的狀態(tài)，保證了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和精準(zhǔn)性，避免物料浪費(fèi)，加快研發(fā)效率。

2、電子負(fù)載

多參數(shù)極化曲線測(cè)試是典型的燃料電池測(cè)試項(xiàng)目，通過(guò)描述輸出電壓和電流密度曲線，表征燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)和電子傳輸情況。在測(cè)試時(shí)，需要面臨“0V啟動(dòng)"、“大電流"問(wèn)題。具備“0V啟動(dòng)"功能的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)可以從0電壓開(kāi)始測(cè)試，即便是滿電流帶載運(yùn)行也無(wú)須擔(dān)心設(shè)備問(wèn)題。

燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的“大電流"選擇也很重要，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試所用的電子負(fù)載并不是越高越好。過(guò)高電子負(fù)載的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)儀器規(guī)格不僅尺寸龐大，造價(jià)不菲。也非常占空間，操作復(fù)雜繁瑣，維護(hù)保養(yǎng)成本高。很多測(cè)試實(shí)驗(yàn)根本用不到那么高的電流、功率。一般而言，0-300A即可滿足絕大多數(shù)測(cè)試需求。

合理的電子負(fù)載，不僅價(jià)格經(jīng)濟(jì)、不挑空間，而且功能完善、高性能。以武漢電弛新能源研制的DC 980Pro燃料電池測(cè)試系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)電子負(fù)載規(guī)格10V/240A/1600W，具備0V啟動(dòng)功能，100毫秒超高響應(yīng)速度，反極也能測(cè)試，電子負(fù)載的精度、分辨率與進(jìn)口設(shè)備同水平。

3、質(zhì)量流量控制

燃料電池本質(zhì)上是氫、氧化學(xué)反應(yīng)的發(fā)電裝置，質(zhì)量流量控制至關(guān)重要，是衡量一套燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的重要指標(biāo)。當(dāng)參與反應(yīng)的氧氣量不足時(shí)，電堆輸出電壓降低，質(zhì)子交換膜過(guò)熱，降低電堆壽命。反之參與反應(yīng)的氧氣量過(guò)高，電堆輸出功率不會(huì)隨之增加但對(duì)應(yīng)的空壓機(jī)功耗變大，燃料電池系統(tǒng)凈輸出功率減少。[1]

以武漢電弛新能源DC 980Pro為例，流量計(jì)和壓力儀表負(fù)責(zé)主要液體、氣體和壓力測(cè)量和控制相關(guān)任務(wù)。該系統(tǒng)擁有10000:1（0.01%-大量程）超寬穩(wěn)定控制，精度可+/- 0.125%滿量程。陽(yáng)極氣體流量控制可到5 SLPM，陰極氣體流量控制可達(dá)10 SLPM，應(yīng)用國(guó)際品牌T型熱電偶，連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料電池質(zhì)量流量數(shù)據(jù)，為后續(xù)開(kāi)發(fā)節(jié)能型燃料電池產(chǎn)品技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

   工欲善其事，必先利其器。燃料電池測(cè)試系統(tǒng)強(qiáng)大的應(yīng)用功能不僅能幫助科技工作者快速完成分析測(cè)試工作，其多功能性特點(diǎn)也有助于材料學(xué)、界面科學(xué)、電化學(xué)、流體力學(xué)等多學(xué)科交流創(chuàng)新，對(duì)我國(guó)氫能源技術(shù)加速發(fā)展，意義非凡。

引用資料

[1] 西南交通大學(xué) 張玉瑾, 《大功率PEMFC空氣系統(tǒng)控制策略研究》