甲醇蒸汽重整池與高溫聚合物電解質(zhì)燃料電池的協(xié)同整合研究

本文通過將甲醇蒸汽重整池（MSR-C）和高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（HT-PEMFC）的集成裝置在相同溫度（453K，463K和473K）下運(yùn)行，來研究促進(jìn)熱集成和提高系統(tǒng)效率的最佳溫度。首先，建造了一個(gè)由鍍金鋁材料制成的新型雙極板，燃料電池陽極流場(chǎng)位于一側(cè)，重整器流場(chǎng)位于另一側(cè)。然后，使用Celtec P2200N MEA和商業(yè)重整催化劑CuO/ ZnO/ Al2O3（BASF RP60）組裝實(shí)驗(yàn)裝置（MSR-C/HT-PEMFC）。最后，施加相應(yīng)溫度并運(yùn)行實(shí)驗(yàn)裝置。然而水/甲醇的汽化可以引起蒸汽流量的振蕩。這些流量振蕩對(duì)于甲醇轉(zhuǎn)化和燃料電池的功率輸出是非常有害的。為了減少這些振蕩，在HPLC泵和蒸發(fā)器之間引入了一個(gè)膨脹容器。該膨脹容器不僅可以顯著減少流速振蕩，還可以將甲醇轉(zhuǎn)化率從93%提高到96%。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MSR-C/HTPEMFC裝置在453 K溫度時(shí)表現(xiàn)出卓越的高性能。而且該裝置首先在453K溫度下和恒定電流0.2 A/cm2下運(yùn)行700 h，然后在463K下用氫氣和重整油進(jìn)行飽和，其中HT-PEMFC依然表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。還發(fā)現(xiàn)氫氣在453 K下的DV下降速率為100 mV/h，稍低于重整油的138mV/h。將溫度升高至463K并不會(huì)顯著影響兩種燃料的DV變化率。本文還通過電化學(xué)阻抗譜（EIS）分析發(fā)現(xiàn)電極的歐姆電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻整體增加。而這一結(jié)果則由于電極和膜的磷酸損失和催化劑粒度增長(zhǎng)。

Fig.2 e Assembly schemeof theintegrated unit(MSR-C/HT-PEMFC)two metal end-platesframes(1),gasket(2),aluminium gold coated bipolar plate(3),MEA(4),graphitecomposite bipolar plate(5)and current collector(6).

Fig.3 e Scheme of theexperimental unit used for the MSR-C/HT-PEMFC characterization.