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An/Ca相对湿度（%）
An/Ca流速（sccm）
An/Ca燃料
电压
5.
60
80/80
70/70
H2/空气
电压
5.
60
80/60
70/70
H2/空气
电压
5.
60
50/0
70/70
H2/空气
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6结果和讨论
根据表3中提到的测试条件，对分段PEMFC性能进行了分析，以了解相对湿度（RH）的影响，同时考虑了陆上通道方向的局部电流分布。电池以氢气作为阳极气体，并向阴极供应空气。图6.1显示，随着整体欧姆电阻和氧传输电阻趋于增加，整体电池性能受到湿度含量的影响。
图6.1.干、中、湿湿度条件下电池的性能
在干燥条件（0%RH）下，观察到极限电流密度约为1A/cm2。与常规燃料电池性能相比，该值相对较低。干燥时
0
0.10.10.1
0.20.20.2
0.30.30.3
0.40.40.4
0.50.50.5
0.60.60.6
0.70.70.7
0.80.80.8
0.90.90.9
1.
0
0.20.20.2
0.40.40.4
0.60.60.6
0.80.80.8
1.
1.21.21.2
1.41.41.4
1.61.61.6
1.81.81.8
电压（V）
电流密度（A/cm电流密度）
60c/0%60c/0%60 C/0%60 C/0%60 C/0%60c/0%60c/0%60c/0%60 C/0%60c/0%RH
60℃/60%60℃/60℃/60%60c/60%60c/60%60c/60℃+60%60c+60%60℃+60%60 C/60%60 C+60%RH
60℃/80%60℃/8%60℃/80℃/80%60℃/70%60 C/80%60c/80%60c/80%60 C/80%相对湿度
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这种较低的极限电流密度是较高的质子传输阻力以及催化剂层脱水的影响。如本报告前面所述，催化剂层需要足够量的水将离子从一个电极输送到另一个电极，在这种情况下，这是非常低的。因此，催化剂层必须仅依赖于产生水的电流。
在潮湿条件（80%RH）下，电池的极限电流密度约为0.8A/cm2。在这种情况下，在极限电流密度值下，由于膜的过度水合，观察到严重的溢流。这是由于较高的湿度条件和阻碍氧气向阴极催化剂层传输的电流产生。这种阻碍增加了电池中的浓度过电位，并观察到突然的电压降。
在中等湿度环境（60%RH）中，质子和氧传输电阻在低到中等电流密度区域非常关键。随着电流产生的增加，氧化还原反应产生的水增加并使膜水合，导致总浓度或传质超电势显著降低。因此，我们可以观察到，中等湿度条件下的极限电流密度约为1.6A/cm2，远高于前两种条件。
此外，在表3所示的相同条件下，对局部电流分布进行了分析。在下图和分析中，段1、2、8和9代表陆地，而段3、4、5、6和7代表通道区域。
36
图6.2.干燥条件下的局部电流分布
如图6.2所示，在干燥条件（0%RH）下，在所有电池电压下，沟道区域中产生的局部电流密度远低于陆区中产生的电流密度。在0.2V时，在沟道区域的中心段中产生的电流密度为0.6A/cm2，而对于相同的电池电势，在陆上沟道（段1和段9）的极端处的电流密度是1.4A/cm2，局部电流产生完全由分段的局部欧姆电阻驱动。Paul等人[25]还得出结论，在干燥条件下，质子传导率薄膜远低于厚膜。
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.
1.2
1.4
1.6
0
2.
4.
6.
8.
10
局部电流密度（A/cm局部电流密度）
段编号段编号段号段号段编号段序号段号段序号段序号。
0.1伏
0.2伏
0.3伏
0.4伏
0.5伏
0.6伏
0.7伏
0.8伏
37
图6.3.潮湿条件下的局部电流分布
在潮湿条件（80%RH）下，观察到局部电流分布的趋势与干燥条件下的趋势完全相反。信道中的当前一代潜在的如图6.3所示，电池电压为0.6V后，通道下的局部电流密度分布开始显著下降。细胞电位的突然下降表明在通道区域下有大量的水积累。沟道区域下的电流产生是整个电池电流密度的主要因素，沟道区域下方的水的积聚或泛滥会降低电池的整体性能。
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.
1.2
1.4
1.6
1.8
2.
0
2.
4.
6.
8.
10
局部电流密度（A/cm局部电流密度）
段编号段编号段号段号段编号段序号段号段序号段序号。
0.1伏
0.2伏
0.3伏
0.4伏
0.5伏
0.6伏
0.7伏
0.8伏
38
图6.4中等湿度设置下的局部电流密度分布
对于中等湿度条件（60%RH），对于高于0.3V的电池电势，在岸区和沟道区的局部电流分布是均匀的，而总电流密度低于1.4A/cm2。例如，在0.5V时，岸区的电流密度为1A/cm2，而沟道区中心的电流密度约为1.06A/cm2，这是均匀的。当电池电压降低到0.3V以下时，我们可以观察到局部电流分布的不均匀趋势。陆地区域下的发电量低于沟道区域中心的发电量。例如，在0.1V电池电位下，在平台的极端处的电流密度为1.5A/cm2，在通道的中心处的电流强度为2A/cm2。在该电池电位下的趋势与潮湿条件下的电流分布趋势紧密一致。考虑到比较，不均匀的电流分布曲线表明电池正在进入潮湿状态。在
0
0.5
1.
1.5
2.
2.5
0
2.
4.
6.
8.
10
局部电流密度（A/cm局部电流密度）
段编号段编号段号段号段编号段序号段号段序号段序号。
0.1伏
0.2伏
0.3伏
0.4伏
0.5伏
0.6伏
0.7伏
0.8伏
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湿相是由于与较高的局部电流密度相关联的产水速率增加。
在中等湿度条件下，分析并绘制了每个路段的性能，如图6.5所示。
图6.5：中等湿度条件下单个节段的性能
如果我们观察到焊盘区域（第1、9段）末端下方和沟道区域（第5段）中心的段的极限电流密度，则其从0.8 A/cm2增加到1.8 A/cm2。当电池电势开始下降到0.4 V以下时，我们可以注意到，由于水的存在，焊盘区域的电流产生量开始急剧下降
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.
1.2
1.4
1.6
1.8
2.
电压（V）
电流密度（A/cm电流密度）
分段分段分段1
段段段段2
段段段段3
分段分段4
分段分段5
分段分段分段6
分段分段分段7
分段分段分段8
分段分段分段9
40
一代从该图中，我们可以得出结论，当催化剂层和通道之间的距离在陆地区域中相对较大时，陆地区域下的水积累较高，因此影响该区域下催化剂层中的氧扩散量。
41
7结论和未来工作
在本实验中，设计并制作了一个有源面积为9mm2、分辨率为350μm的高精度分段。在内部制造催化剂涂层膜时，使用阴极单陆面通道几何双极板和分段阳极集电器组装电池。此外，根据NEDO建议的参数调节细胞。一种新的PCB方法用于局部电流分布的数据采集。
在潮湿条件下，陆地区域的电流分布远低于通道区域的局部电流生成。U在潮湿条件下，陆地区域的电流分布远低于通道区域的局部电流生成。不均匀的水分布和积聚是导致较低极限电流密度的主要原因。另一方面，在干燥条件下，陆地下的电流分布实际上高于航道区域。在这种情况下，膜的脱水控制了性能损失，导致浓度超电势增加。在中等湿度条件下，在较高的电池电势下，观察到均匀的电流分布。当电池电压低于0.3V时，湿相的转变导致陆地区域下的水积聚，从而导致该设置中的电流分布不均匀。
未来，这种分段式电池可用于了解氧气输送对电池整体性能的影响，以及评估各种流场设计中催化剂在陆上通道方向上的离子电阻分布。
42
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