空气化学检测

聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)凭借高效、低排放的优点被普遍认为是一种最有前途的能源设备和电力运输系统。解决掉PEMFC的高成本以及耐用性有限、稳定性差的问题，就成为了实现商业化应用的关键。研究发现，PEMFC的性能与相对湿度、背压、氢气和气体化学计量比、电池温度等各种操作参数密切相关。1、背压对PEMFC的极化曲线和EIS曲线的影响图1 不同背压下PEMFC的极化和功率密度曲线(0、0.3和0.6 bar)图1中显示了0、0.3和0.6 bar背压下，商业Pt/C（Johns Manville Corporation GM Pt/C）在25cm² 的PEMFC中极化和功率密度曲线。随着背压从0到0.6 bar变化，PEMFC在0.4V电压下电流密度从1370 mA/cm² 分别增加到1400 mA/cm² 和1450 mA/cm² , 而0.7V电压下电流密度从476 mA/cm² 增加到588 mA/cm² 和708 mA/cm² 。可以发现，PEMFC的电流密度随着背压增大而明显增大。图2 不同背压下PEMFC的电化学阻抗 (0、0.3和0.6 bar)图2中显示了0、0.3和0.6 bar背压下，该PEMFC在0.8 V下频率范围为0.1Hz至10kHz的阻抗图谱。经过Zahner和Zview软件解析发现不同背压下，R1（欧姆电阻）从1.54 mΩ略微下降到1.52 mΩ，而R2（阴极电荷传递阻抗）从7.48 mΩ显著下降到5.29 mΩ，最后降低至3.48mΩ。相反的是，R3（阳极电荷传递阻抗）从0.76 mΩ增加到1.29 mΩ。在不加背压时，极化曲线显示了一个明显的欧姆极化电压降，这与阻抗图谱中显示的变化一致。在较高的背压下，使气流饱和所需的水，比低背压下所需的水少。证实了较高的背压下，质子膜的加湿性和导电性得到改善，从而降低了欧姆电阻和阴极电荷转移电阻。2、相对湿度对PEMFC的极化曲线和EIS曲线的影响图3 不同相对湿度下PEMFC的极化和功率密度曲线 (64、70、80和100%)图3显示了0.3bar背压下，PEMFC的极化曲线和能量密度在不同相对湿度下的变化。当相对湿度从64%增加到70%时，0.4 V电压下的电流密度从764 mA/cm² 增加到790 mA/cm² ，在0.7 V电压下，从405 mA/cm² 到453 mA/cm² 。然而，在相对湿度从70%到80%再到100%的情况下，0.4 V电压下电流密度分别降至744和588 mA/cm² , 0.7 V电压下电流密度分别降至424和364 mA/cm² 。可以发现，在同一背压下，PEMFC的电流密度随着相对湿度升高呈现出先增大后减小的趋势。图4 不同相对湿度下PEMFC的电化学阻抗 (64、70、80和100%)通过拟合解析可知，在不同的相对湿度下，PEMFC的欧姆阻抗（R1）都在1.92 mΩ间波动。当相对湿度提高到70%时，阴极转移电阻(R2)首先从8.34 mΩ下降到8.23 mΩ。相对湿度为80%和100%时，阴极转移电阻继续增大，分别达到9.32 mΩ和9.49 mΩ。阳极电荷转移电阻(R3)也有类似的变化趋势，相对湿度在64%时为1.19 mΩ，为70%时达到最低值0.54 mΩ，在80%时为2.48 mΩ，在100%时为3.24 mΩ。在相对湿度为64%时，Nafion型膜无法吸收足够的水分以获得适配的水合作用，从而影响离子电导率，从而产生更高的电池电阻。当相对湿度从70%增加到100%时，阴极和阳极电荷转移电阻急剧增加，造成PEMFC性能急剧下降。3、空气化学计量比对PEMFC的极化曲线和EIS曲线的影响图5 不同空气化学计量比下PEMFC的极化和功率密度曲线 (2.5、3、3.5)当空气化学计量从2.5变为3和3.5时，0.7V电压下的电流密度从621 mA/cm² 变化到584 mA/cm² 和598 mA/cm² ，0.4V电压下的电流密度从1417 mA/cm² 增加到1564 mA/cm² 和1686 mA/cm² 。由此可见，不同空气化学计量比下，PEMFC在低电流密度区域和高电流密度区域性能呈现出差异性变化。当进入流道的空气流速增大时，电化学反应更平稳，整体性能更好。然而，在低电流密度范围内，空气化学计量比为2.5时表现出较好的性能。这可能是由于流速较慢，水合条件较好，对空气量的需求较低。图6 不同空气化学计量比下的PEMFC的电化学阻抗（2.5、3、3.5）不同空气化学计量比下，欧姆电阻（R1）和阳极电荷转移电阻（R3）基本保持稳定，分别为1.59 mΩ和2.38 mΩ左右。空气化学计量量为2.5时阴极电荷转移电阻最高，随着空气化学计量量从3提高到3.5，阴极电荷转移电阻从5.36 mΩ仅变化到5.5 mΩ，几乎无变化。当空气化学计量比由2.5变化至3.5时，PEMFC在高电流密度范围内的性能得到明显改善，而在低电流密度范围内的效果不太明显。阴极电荷转移电阻随着空气化学计量比的增大而减小（图6）。可以推断，在空气化学计量比为2.5，空气含量相对不足，大多数电流密度范围内，自产水较少和膜的含水量较低，使得膜的离子电导率相对较低。当空气化学计量量为3和3.5时，空气供应充足，水管理得到改善，PEMFC的阴极转移电阻也就几乎保持恒定。4、结论燃料电池的背压对其性能有着重要影响。背压较高时，可以提高湿化率、降低阻力损失、加快反应速度，从而改善整体性能。研究还发现，相对湿度转折点设置在70%时，可以平衡膜的干燥和水合作用，保持适当的电池含水量，避免局部水淹。同时，适度提高空气化学计量比可以改善燃料电池的整体性能和低电压空间电流。燃料电池测试系统980pro最后，研究中对背压、相对湿度和空气化学计量比与PEMFC极化曲线和阻抗的变化规律进行了探究，为相关研究提供了参考和依据。但不同MEA实际的变化趋势和测试需求可能不同，因此未来还需更多样本的多样化研究。参考文献[1] Zhang,Q,Lin,et al.Experimental study of variable operating parameters effects on overall PEMFC performance and spatial performance distribution[J].ENERGY -OXFORD-, 2016.以上内容由理化有限公司技术中心整理，有不足之处请指正，转载请注明出处。

各有关单位、专家：根据深圳市生物与工业洁净行业协会《关于批准《实验室空气化学污染控制技术规程》社团标准立项的通知》 (洁净协(2023) 09号)的要求，由深圳市科建建设集团有限公司会同有关单位共同编制的《实验室空气化学污染控制指南》，现已完成征求意见稿。为了广泛征求意见，现网上公开征求业内意见，时间为1个月。请各有关单位、有关专家给予大力支持，提出修改意见或建议，并望于2024年2月26日前反馈到本标准编委会。 编委会联系方式：联系人：胡小海电 话：0755-27823121、82537069Email: admin@szclean.org.cn 地 址: 深圳市福田保税区市花路21号富林大厦B座411室深圳市生物与工业洁净行业协会 深圳市生物与工业洁净行业协会2024年1月25日关于《实验室空气化学污染控制指南》（征求意见稿）征求意见的函.pdf附件1：《实验室空气化学污染控制指南》（征求意见稿）.doc附件2：《实验室空气化学污染控制指南》（征求意见稿）征求意见表.docx

2010年10月21日，空气化工产品公司(AirProducts)——全球领先的工业气体和功能材料供应商，宣布在上海张江高科技园区的亚洲技术中心的扩建工程顺利完成。这一先进的技术中心在扩建后将有助于空气产品公司加速工业气体应用和解决方案的开发，以满足中国及亚洲其他市场上高速发展的工业及电子产业的需求。 　　据AP中国区副总裁张立鸿介绍，2005年，空气产品公司在上海成立亚洲技术中心，成为首个在中国建立研发中心的全球工业气体公司。在当时，该中心主要服务于功能材料业务，之后曾在2007年进行了第一次扩建。在再次扩建后，亚洲技术中心成为空气产品公司在全球的第二大研发中心，其面积和研发人员数量都将于明年年底前增加一倍。 　　该技术中心一贯服务于高速增长的聚氨酯化学品、环氧树脂涂料、特种涂料添加剂、油墨黏合剂等功能材料相关市场。本次扩建将在其原有服务能力基础上增加工业气体应用、产品及流程研发、分析及测试的标准实验室和机器房，以针对金属加工、电子封装和装配、工业制冷、水处理和能源应用等主要高速发展市场。 　　空气产品公司副总裁兼首席技术官MontyAlger先生表示：“创新是空气产品公司的核心价值。我们一直致力于开发具有可持续性和成本效益的应用以帮助客户面对越来越多的挑战，例如环保法规的日趋严格，或投资回报率的要求提高。中国和亚洲其它市场是空气产品公司的高增长区域，客户要求具有独特性。我们在全球范围内的尖端技术及在中国进一步扩大的研发能力，将有助于推进我们的发展，并为客户提供更加快速、高效的服务和更高品质的产品。” 　　在亚洲，空气产品公司还在韩国、台湾、日本和泰国分别设有研发中心，各有自己的市场重点。这些区域中心都充分地融入在空气产品公司的全球创新网络中，可凭借公司在材料和表面科学、清洁能源、应用技术和工程能力上的优势，相互完善和支持。 　　空气产品公司亚洲区工业气体部副总裁苏俊雄先生表示：“中国和亚洲其它市场是空气产品公司的发展趋动力。随着经济的飞速增长，这一区域工业气体的需求和气体应用也与日俱增。我们一直在不断提高我们的气体产品生产能力，并已建立了一个强大的供应网络以满足客户需求。此次亚洲技术中心扩建的最新努力将帮助空气产品公司为客户提供更贴近的服务，支持他们通过可靠的供应和先进的解决方案取得成功。” 　　空气产品公司一直致力于加强与多所亚洲著名大学及学术机构的研发合作，例如天津大学等，并在最近签署了多份合作备忘录和研发合同。这些与外部伙伴的建设性合作加速了双方的构想和见解的交流，最终惠及空气产品公司在亚洲区的客户，同时也能帮助院校，通过积极参加有空气产品公司科学家参与的重大商业项目，获得更大的社会效益。 　　此外，空气产品公司的许多专利应用技术都是为创建一个更加环保和绿色的环境而设计的，例如应用于清洁燃烧、煤气化、碳捕获的富氧技术、电子装配过程中的氮气保护技术、以及燃料电池技术等。 　　作为最早投资于中国的全球工业气体公司之一，空气产品公司已服务中国市场长达20年之久，建立了包括工程中心、低温冷冻设备制造中心、战略采购中心以及亚洲技术中心在内的强大的本地服务能力，以支持中国、亚洲其他和全球市场。