质子相易膜燃料电池（PEMFC）是最具有运用前景的新能源本领，固然其具有能量转化率高、功率密度高、零排放等甜头，可是其冷启动依旧限制其贸易化过程。从PEMFC的

质子相易膜燃料电池（PEMFC）是最具有运用前景的新能源本领，固然其具有能量转化率高、功率密度高、零排放等甜头，可是其冷启动依旧限制其贸易化过程。从PEMFC的布局和处事道理实行阐述，先容其冷启动历程启动机理和PEMFC职能的转折，核心对PEMFC的冷启动计谋实行概述。正在此根底上，通过对差别冷启动计谋的总结得出结论。

质子相易膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）直接正在电池内部爆发化学反响，从而把化学能转化成电能，天生物仅有水和热量，不会出现污染境遇的温室气体，且具有功率密度高、处事温度低、相应急迅、操作轻易、安静牢靠等甜头[1]，面临日益恶化的境遇题目，是最具有运用前景的一种燃料电池[2]。正在其能量转换历程中，没有过程热机历程，不受卡诺轮回局部，能量转化率大约正在50%[3]，是以正在汽车、发电体系和电源体系等方面被渊博应用。固然质子相易膜燃料电池具有许众甜头，可是为了告竣其贸易化还需求处理少许题目，比如：冷启动计谋、运用寿命和临盆本钱等，此中冷启动是限制其贸易化的最大贫穷，正在低温下，因为超冷的水、冰的造成和反响部位的窒碍，使得PEMFC操作职能和电池寿命下降，从而可以对电池组件形成不成逆转的毁伤[4]。是以，为了保障PEMFC的处事职能，需求通过冷启动措施急迅告竣PEMFC温度的升高，抵达PEMFC的处事温度60~80℃[5]，从而使PEMFC更渊博地运用于实质临盆中。

PEMFC电池首要由质子相易膜、双极板和电极（阴极和阳极）构成。此中质子相易膜、阳极和阴极组合成膜电极安装（MEA），它是PEMFC的合节部件。其余，PEMFC还搜罗催化层、气体扩散层和气体通道等布局[6]，冷启动历程中可以会形成MEA毁伤和催化层布局蜕化等题目[7]，以致燃料电池冷启动铩羽，PEMFC的处事道理如图1所示。

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冷启动是限制PEMFC贸易化过程的最大贫穷。当电池寻常处事时，水以气态或液态存正在于电池内部，从催化层输送到气体扩散层，终末正在阴极流道的对流效用下排出[9]。可是，当电池启动温度处于0℃以下时，燃料电池反响天生水有可以造成冰，阻碍化学反响的实行。假设外部温度正在0℃安排，正在天生热的效用下，水的温度普及到0℃以上，液态水将会排出；反之，反响天生的水将结冰[10]，笼罩反响气体流道、催化层和膜电极，从而挫折电化学反响的实行。同时由于膜电极结冰的体积膨胀效用，损坏电极布局，下降燃料电池职能[11]。

第一阶段：正在燃料电池冷启动起先阶段没有冰造成，起首正在电池阴极出现水，跟着反响的实行，阴极侧含水量逐步升至饱和形态。

第二阶段：当阴极侧含水量上升至饱和形态时，连接出现的水就会正在阴极侧结冰积聚。同时，化学反响放出的热普及电池温度。假设电池温度正在阴极侧催化剂层齐备被冰笼罩之前仍低于0℃，燃料电池就会阻滞运转，此时冷启动铩羽。反之，冰会正在融解历程中摄取热量，保障电池温度正在0℃安排[14]。

第三阶段：正在阴极侧催化层的齐备冰融解后，电池温度会逐步上升至适宜的处事温度。是以，电池冷却体系能够处事，保障燃料电池褂讪运转。

冷启动历程中职能的蜕化限制着启动的获胜与否。侯俊波[15]等以为，正在严寒的冬季境遇中水结冰体积变大以致催化层、膜电极与扩散层原料布局和职能消浸。JunboHou[16]等探求察觉，连绵铩羽的冷启动有可逆的职能亏损，但没有光鲜的退化，同时铩羽的冷启动意味电池电压降至乃至低于0V；使用催化层内反响区域内转折的模子阐述获得，PEMFC可逆的职能亏损与造成的水或冰的量、水的地位或分散相合。RuiLin[17]等采用印刷电途板本领探求冷启动历程中差别操作下内部电流和温度的转折。探求察觉，获胜告竣冷启动后，PEMFC的偏振弧线根基没有光鲜消浸，可是冷启动铩羽后，弧线会急迅下降。冷启动历程中最高的电流密度呈现正在入口区域，然后抵达电池堆的中心区域，并伴跟着热漂移。Y.Hiramitsu[18]等阐述了PEMFC冷启动对离子浓度与氧渗入的影响，结果解说，当催化层具有高离子浓度时，冷启动职能和耐久性优秀，由于催化层有较好的氧渗入效用。Fang-ming Jiang[19]等开发一个众阶段三维模子探求冷启动历程中热天生与并造成的交互效用。探求察觉，正在电池堆温度升高的情形下，正在阴极催化层中，多量的水会被运输到膜中，而较少的冰造成。

其余，膜的水分越众，电池堆的温度越高，膜的阻力就越小，电池堆电压更高。詹志刚[20]等探求察觉，正在电池几次冷启动后，碳纸皮相PTFE颗粒局部差别，催化层皮相出现裂纹，碳纤维骨架尤其腻滑，冰的冻胀应力将局部碳纤维折断，使电池职能衰减。

质子相易膜燃料电池是一个众输入、众输出、不确定的非线]，冷启动历程中受体系布局、操作参数和其他身分影响，为了告竣PEMFC冷启动，目前国表里很众学者对其冷启动措施实行探求，以此来告竣电池冷启动。文中首要先容其冷启动探求近况。

比拟于古代的辅助供热措施，氢氧燃烧辅助供热具有更众甜头，可以餍足燃料电池的低温启动条件。QianGuo[22]等采用阳极氢氧催化反响辅助告竣PEMFC从-20℃启动，其通过开发氢氧催化反响三维众相冷启动模子实行探求。探求结果解说，电极的加热地位对催化反响没有明显影响，启动电流密度该当适中，同时因为氢氧催化反响，阳极的加湿性下降了膜的欧姆电势，以致冷启动职能普及。Yueqi Luo[23]等探求了阴极和阳极氢氧催化反响正在催化剂层（CL）通过铂催化剂实行低温反响辅助PEMFC冷启动，结果解说，正在最大功率形式下，且阳极中氛围摩尔分数应高于16%，阳极催化反响能告竣PEMFC从-25℃冷启动13s内结束， 阴极催化反响无法告竣从-25℃启动 ；阳极催化反响正在催化层中出现众余的水，阳极的水加湿能够下降膜电极的电阻，从而普及功率输出，阴极催化反响正在阴极催化剂中也会出现水会增添冰的造成速度，导致冷启动历程的铩羽；正在冷启动历程中，阳极催化反响的热天生速度增添。然而对付阴极催化反响，热天生速度下降。与上述2者正在膜电极燃烧供热差别，郑俊生[24]等为了告竣质子相易膜燃料电池的冷启动，提出了一种把氢气和氛围预羼杂气体催化燃烧，然后使用尾气实行辅助供热的低温启动计谋，正在此根底上，采用试验台实行探求，冷启动试验台如图2所示。

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测验结果解说，羼杂气流量增添不光能够普及均匀温度，并且加疾反响速度 ；跟着反响物羼杂气体催化燃烧，然后使用尾气实行辅助供热的低温启动计谋，正在此根底上，采用试验台实行探求，冷启动试验台如图2所示。测验结果解说，羼杂气流量增添不光能够普及均匀温度，并且加疾反响速度；跟着反响物羼杂气体中氢气体积分数的增添，质子相易膜燃料电池的冷启动时候缩短；当羼杂气体中氢气体积分数是5%，气体流量是3L/min-1时，其温度540s内能够升高到零度以上，且燃烧反响褂讪后再通入尾气更利于温度普及，餍足PEMFC的冷启动条件。

通过对氢氧反响辅助供热告竣冷启动阐述察觉，正在膜电极皮相反响能够急迅告竣温度升高，但温渡过高可以会销毁膜电极，导致燃料电池阻滞处事；外辅助的氢氧燃烧供热既能告竣温度急迅上升，又能处理膜电极损坏题目，安静、高效地告竣PEMFC冷启动。

Qing Du[25]等为了获胜告竣PEMFC的冷启动，提出了最大功率冷启动计谋，通过开发最大功率冷启动模子与其他模子实行对比。结果显示，正在最大功率冷启动措施下，电流密度保卫正在较高程度，同时平均热天生和冰的造成，与恒压和恒流形式比拟，最大功率冷启动形式具有更强的启动才力，从而获胜告竣PEMFC的冷启动。Fei Jia[26]等针对PEMFC启动历程中电压顿然下降导致的电流超调提出了线性启动计谋。测验探求结果解说，采用线性启动计谋能够有用减小电流超调幅度。YueqiLuo[27]等探求了质子相易膜燃料电池恒功率、恒流、恒压形式下的冷启动，叙述了3种启动形式的分歧。结果解说，与恒流、恒压形式差别，恒功率形式下初始含水量和启动温度可以会局部能量输出，导致PEMFC无法获取连续的功率输出，可以会使冷启动铩羽。

燃料电池的处事参数影响着冷启动的成败，此措施能够不必增添外部兴办，直接蜕化处事参数告竣冷启动，如此能够裁汰本钱，使体系布局简化。

罗马吉[28]等提出了干氛围二次吹翦灭水的冷启动计谋，同时通过测验获得吹翦灭水后质子相易膜燃料电池的水含量，内阻的转折及其冷启动职能，干氛围二次吹翦灭水体系如图3所示。测验结果显示，通过吹翦灭水能够正在较短时候内有用除水，升高单电池内阻，而且不会出现无法修复的毁伤，是以，单个燃料电池从-10℃获胜启动能够使用干氛围实行二次吹翦灭水结束。Sung Il Kim[29]等正在冷启动历程中采用阴极侧通氢的措施净化PEMFC，测验结果解说，PEMFC洗涤职能获得普及，加氢净化法能够有用去除阴极的水，使PEMFC的冷启动职能获得改进。

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当温度低于0℃时，电池内的水会结成冰，阻碍电池的启动。针对电池的结冰题目，选用吹翦灭水的计谋来普及冷启动职能，告竣燃料电池的冷启动。

nhui Gwak[30]等根据PEMFC低温启动历程中的3个阶段，打算了既能告竣燃料电池冷启动，又能下降电池内的冰积蓄速度的冷启动计谋，此计谋使用三维瞬态冷启动模子正在不饱和阶段普及PEMFC操作电流实行数值模仿。数值模仿结果解说，正在不饱和阶段普及操作电流有利于普及冷启动职能，为自此告竣PEMFC冷启动供给了参考。RuiLin[31]等采用印刷电途板本领探求电流密度的分拨，通过测验结果解说，冷启动起先时增添负载与设备温度能够下降冷启动时候，告竣燃料电池的急迅预热，同时获得冷启动历程中电流密度最高初始值呈现正在入口区域邻近。Nilson Henao[32]等为了减小冷启动历程中的能量花费，打算了一种基于庞特里亚金最小道理的时候最优PEMFC冷启动计谋。测验结果解说，通过盘算推算获得合理加热电池堆的时候，如此可裁汰自然对流出现的热量亏损。当电池堆温度达各处事温度时，就会告竣PEMFC的启动。

冷启动计谋是保障质子相易膜燃料电池职能的合节。目前，国表里学者探求了各样冷启动计谋，本文对首要的冷启动计谋实行总结与阐述，获得如下结论。

（1）冷启动历程中因为冰的造成笼罩催化层活性皮相，阻碍气体无法爆发反响，从而导致冷启动铩羽。

（2）目前PEMFC冷启动首要有氢氧催化反响、蜕化处事参数、气体吹扫等计谋，这些措施根基能告竣PEMFC冷启动，但大局部都是通过辅助手法告竣的，如此会加重体系职守，增添制作本钱。

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