温度和湿度差异对燃料电池的影响

据国外媒体报道，氢燃料电池有望在多方面投入使用，成为下一代可再生能源。然而其需要精确的温度和湿度控制使性能处于最佳状态。如果内部条件太干或太湿，燃料电池将无法正常工作。

但是，从微观角度观察工作中的燃料电池内部仍存在很大挑战。所以伯克利实验室和阿贡国家实验室基于X射线成像技术，研究了不同温度和湿度条件下燃料电池内部的工作情况，使用的设备是被称为同步加速器的X射线源。

研究人员能够快速的以高分辨率进行三维成像，从而观察燃料电池在工作条件下的实际内部情况。研究团队搭建了一个测试平台，以模拟在供氢和供氧条件下，PEMFC的工作温度。

这项研究旨在找到燃料电池内湿度和温度的平衡点，以及燃料电池中水的排出。例如：控制水蒸气在电池中的凝结点，可以有效的防止其对气体的阻塞。此外，如果水分不排出，会覆盖催化剂，阻碍氧气的反应。但必须保证一定的湿度才能确保电池中的膜能有效地传导离子。该项实验，反映了温度变化过程中电池内水分蒸发，冷凝和分布的详细情况。将其与理论模型进行比较，最终可以优化水的管理，从而优化电池性能。

实验的平均温度从华氏95到122度，温度变化在60到80度之间（热到冷）。测试大约进行四个小时，以提供燃料电池水热模型的关键信息。

该测试系统包括一个显示水在化学反应中如何蒸发的热端，以及一个显示水蒸气如何冷凝并驱动水分迁移的冷端。研究发现，尽管碳纤维层的导热率随着水含量的下降而略有下降，但即使是最轻微的饱和，也会使导热率达到干燥碳纤维层的两倍。研究人员发现，细胞内的水分蒸发量在华氏120度左右显着增加。实验表明，水分布的精度为百万分之一，并且发现水分传输主要由两个过程驱动：燃料电池的运行和电池中水的净化。同时，较大的水团簇蒸发的更快，且燃料电池中水团簇的形状倾向于扁平的球体，而在碳纤维层的空隙中更倾向于足球状。

研究人员认为，一些方法可以将图像结合在一起，从而获得更大的观察角度。将图像结合后，可以通过测试前后的图像差，找到电池中失效点位出现的地方。