制作电极使用的碳纸是日本的

Toray-090 碳纸，所用的催化剂是 20%Pt/C 英国 Johnson-

Matthey 产品，Pt 用量大约为 0.4mg/cm2，质子交换膜采用美国 DuPont 公司出售的 Nafion
系列

112 膜，Nafion 膜经预处理后除去表面的有机物和金属离子。

　　电极中的

Pt 催化剂与 Nafion 溶液配成混合溶液，然后涂在碳纸上，在 100

℃的条件下

烘干半小时。将两张涂有催化剂的碳纸与

Nafion 膜热压在一起，热压条件是 130

℃，压力

10Mpa，2 分钟。压制后的大电极也均匀分割成 4 个部分，中间用硅橡胶相连接密封。每一块
电极的有效面积为

60cm2，如图 3 所示。

2.3 评价装置的流程
　　流程如图

4 所示。氢气、空气经减压阀后再经过流量计到达增湿器，然后再进入燃料电

池，运行压力：氢气

0.1atm；空气 0.1atm（相对压力），电化学反应产物水随着尾气排出

电池，尾气进入气液分离罐后排空。增湿器的温度由温度自动控制器来控制，电池的温度通
过循环水来控制。

　　一个平面上的四块相等的单电池通过串联的方法与负载相连接，每一块电池的有效面
积是

65cm2，负载为自制的电阻负载。电池的增湿露点温度为 50

℃，氢气的计量比为 1.2，

通过改变空气的计量比，电池的运行温度来考察阴极流场对电极性能的影响。氢气进口区域
的电池为第一块电池，空气进口区域的电池为第二块电池，氢气出口附近的电池为第三块
电池，空气出口附近的电池为第四块电池。

  1：氢气进口；1'：氢气出口
  2：空气进口；2'：空气出口
  3：冷却水进口；3'：冷却水出口
A.第一块电池区域，B.第二块电池区域，C.第三块电池区域，D.第四块电池区域
3．结果与讨论

3.1 温度对不同区域电池性能的影响

　　首先固定空气的计量比为

2.5，氢气计量比为 1.2，运行压力、氢气、空气都为 0.1atm

（相对压力），考察了

50

℃、55℃、60℃条件下的不同电池的伏安特性曲线。图 5-图 7 为不

同电池的电压、电流曲线。温度对第一块电池的伏安曲线没有影响，不论是在小电流还是在
大电流，三种温度的曲线吻合的非常好。第二块电池的

50

℃、55℃伏安曲线非常吻合，当温

度达到

60

℃时第二块电池的性能低于 50℃、55℃的性能。第三块电池在 50℃，20A 时的电

压为

0.687V，随着温度的升高，伏安曲线的尾部逐渐抬高，性能变好，在 60

℃，20A 时电

压升高为

0.717V。第四块电池受温度的影响最严重，在 55

℃，24.5A 时电压已经降低到

0.6V，当温度升高到 60

℃电压恢复到 0.696V。

　　图

8-图 10 为不同温度下四块电池的性能比较。在 50

℃与 55℃，电池的性能是按下面

的顺序排列的：第二块电池

>第一块电池>第三块电池>第四块电池。在 60

℃条件下，电池的

性能排序为：第四块电池

>第三块电池>第二块电池，第一块电池。

　　燃料电池的流场对不同区域的电池性能是有很大影响的。在空气进口处由于氧气浓度含
量最高，气体流速最快，气体中的水含量最少，容易把进口处通过电化学反应产生的水带