大家都知道，人活著的時(shí)候是離不開(kāi)氧氣O2的，而氫燃料電池在工作的時(shí)候也類(lèi)似，一旦反應(yīng)氣體供氣不足，氫燃料電池就容易“窒息”——出現(xiàn)反極現(xiàn)象，從而危害氫燃料電池使用壽命。

一、反極現(xiàn)象及發(fā)生原因

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氫燃料電池反極是指電堆運(yùn)行時(shí)，由于陽(yáng)極氫氣供氣不足導(dǎo)致單節(jié)電池電壓低于零伏的現(xiàn)象，該現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極催化劑發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，從而導(dǎo)致氫燃料電池輸出性能衰減。

也就是說(shuō)，反極現(xiàn)象的本質(zhì)原因是反應(yīng)氣體供氣不足，實(shí)際上，陰極和陽(yáng)極都有可能發(fā)生反極現(xiàn)象，只是陽(yáng)極氫氣不足的情況更為普遍，大多數(shù)抗反極手段也是針對(duì)陽(yáng)極氫氣不足來(lái)開(kāi)發(fā)。

陽(yáng)極缺氫氣時(shí)，由于沒(méi)有足夠的氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)釋放電子和質(zhì)子來(lái)維持電荷平衡，為了維持整個(gè)電堆系統(tǒng)的電荷平衡，陽(yáng)極催化層的其它物質(zhì)(例如水、碳)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生質(zhì)子和釋放電子。

啟停、快速變載、操作失誤、高功率運(yùn)行、雜質(zhì)堵塞氣體傳輸通道、水淹等因素都會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極局部或整體欠氣，從而出現(xiàn)反極現(xiàn)象。值得注意的是，反極現(xiàn)象是不會(huì)發(fā)生在單片氫燃料電池上的，一般是發(fā)生在電堆中。

二、抗反極手段

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氫氣不足是反極現(xiàn)象本質(zhì)原因，但在商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景中，采用氫氣過(guò)量的方法來(lái)抗反極有諸多限制。因此，抗反極只能從別的手段入手，較為常見(jiàn)的是阻止碳腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，也就是在膜電極催化劑中添加IrO2。

水電解催化劑(IrO2)可通過(guò)析氧反應(yīng)(而非碳氧化反應(yīng))來(lái)提升質(zhì)子和電子生成速率，主動(dòng)保護(hù)陽(yáng)極，從而有效延長(zhǎng)反極時(shí)間。

抗反極催化劑結(jié)構(gòu)示意圖，通用氫能?CN111029599B

抗反極CCM結(jié)構(gòu)示意圖，新源動(dòng)力?CN111082078B

除此之外，還有優(yōu)化系統(tǒng)控制策略，如對(duì)電壓和排氣持續(xù)監(jiān)控、陽(yáng)極吹掃等有意停止或延遲陽(yáng)極電壓上升等抗反極手段。

燃料電池反極相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)：

• 膜電極抗反極性能（cell?reversal?tolerance）

膜電極抗反極性能是用來(lái)評(píng)價(jià)燃料電池在發(fā)生反極現(xiàn)象時(shí)，膜電極性能保持不衰減的能力。一般用停機(jī)反極運(yùn)行時(shí)間和無(wú)損反極運(yùn)行時(shí)間來(lái)表征，單位是分鐘（min）。

• 停機(jī)反極運(yùn)行時(shí)間（Duration?of?cell?reversal?until?cell?cutting?off）

從燃料電池發(fā)生反極現(xiàn)象起到燃料電池到達(dá)截止保護(hù)電壓而停機(jī)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，單位是分鐘（min）。

• 無(wú)損反極運(yùn)行時(shí)間（Duration?of?cell?reversal?without?performance?lose）

從燃料電池發(fā)生反極現(xiàn)象起到其額定功率衰減4%以?xún)?nèi)的連續(xù)反極運(yùn)行時(shí)間，單位是分鐘（min）。

膜電極相關(guān)廠(chǎng)商：鴻基創(chuàng)能、理工氫電、擎動(dòng)科技、唐鋒能源、億氫科技、泰極動(dòng)力、揚(yáng)志股份、巴拉德、新源動(dòng)力、未勢(shì)能源、國(guó)氫科技、清能股份、威孚高科等。

來(lái)源：艾邦氫科技網(wǎng)綜合整理

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