大家都知道，人活著的時候是離不開氧氣O2的，而氫燃料電池在工作的時候也類似，一旦反應氣體供氣不足，氫燃料電池就容易“窒息”——出現反極現象，從而危害氫燃料電池使用壽命。

一、反極現象及發生原因

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氫燃料電池反極是指電堆運行時，由于陽極氫氣供氣不足導致單節電池電壓低于零伏的現象，該現象會導致陽極催化劑發生嚴重腐蝕，從而導致氫燃料電池輸出性能衰減。

也就是說，反極現象的本質原因是反應氣體供氣不足，實際上，陰極和陽極都有可能發生反極現象，只是陽極氫氣不足的情況更為普遍，大多數抗反極手段也是針對陽極氫氣不足來開發。

陽極缺氫氣時，由于沒有足夠的氫氣發生氧化反應釋放電子和質子來維持電荷平衡，為了維持整個電堆系統的電荷平衡，陽極催化層的其它物質(例如水、碳)會發生氧化反應，從而產生質子和釋放電子。

啟停、快速變載、操作失誤、高功率運行、雜質堵塞氣體傳輸通道、水淹等因素都會導致陽極局部或整體欠氣，從而出現反極現象。值得注意的是，反極現象是不會發生在單片氫燃料電池上的，一般是發生在電堆中。

二、抗反極手段

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氫氣不足是反極現象本質原因，但在商業化應用場景中，采用氫氣過量的方法來抗反極有諸多限制。因此，抗反極只能從別的手段入手，較為常見的是阻止碳腐蝕反應的發生，也就是在膜電極催化劑中添加IrO2。

水電解催化劑(IrO2)可通過析氧反應(而非碳氧化反應)來提升質子和電子生成速率，主動保護陽極，從而有效延長反極時間。

抗反極催化劑結構示意圖，通用氫能?CN111029599B

抗反極CCM結構示意圖，新源動力?CN111082078B

除此之外，還有優化系統控制策略，如對電壓和排氣持續監控、陽極吹掃等有意停止或延遲陽極電壓上升等抗反極手段。

燃料電池反極相關專業術語：

• 膜電極抗反極性能（cell?reversal?tolerance）

膜電極抗反極性能是用來評價燃料電池在發生反極現象時，膜電極性能保持不衰減的能力。一般用停機反極運行時間和無損反極運行時間來表征，單位是分鐘（min）。

• 停機反極運行時間（Duration?of?cell?reversal?until?cell?cutting?off）

從燃料電池發生反極現象起到燃料電池到達截止保護電壓而停機的連續運行時間，單位是分鐘（min）。

• 無損反極運行時間（Duration?of?cell?reversal?without?performance?lose）

從燃料電池發生反極現象起到其額定功率衰減4%以內的連續反極運行時間，單位是分鐘（min）。

膜電極相關廠商：鴻基創能、理工氫電、擎動科技、唐鋒能源、億氫科技、泰極動力、揚志股份、巴拉德、新源動力、未勢能源、國氫科技、清能股份、威孚高科等。

來源：艾邦氫科技網綜合整理

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原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：當氫燃料電池發生“窒息”：反極現象及對抗方法