质子交换膜燃料电池测试表征技术原理及应用

1.本书系统性地梳理了从基础原理、衰减机理到各类电化学/物理表征、性能寿命测试及故障诊断的全套技术流程。书中不仅详解了极化曲线、EIS等核心方法的原理，更提供了详实的测试案例与数据分析，直击研发与工程应用中的痛点。

2.在当前燃料电池商业化攻坚克难的关键时期，本书的出版恰逢其时。它直面行业核心挑战——耐久性、可靠性与成本，并提供了从衰减机理研究到寿命预测模型的一整套解决方案。书中对加速测试方法、多工况寿命退化分析和模型驱动预测技术的创新性探讨，为行业缩短研发周期、优化产品设计指明了方向。

3.本书由浅入深，内容覆盖从微观机理到宏观系统，从基础方法到前沿预测技术，将理论与实践的紧密结合，不仅讲清“为什么”，更详解“怎么做”，辅以大量来自国家燃料电池技术创新中心的一手案例与数据。

系统讲解结构、原理与衰减机理

详解电化学/物理表征与性能测试方法

创新性探讨寿命预测与加速测试技术

本书系统介绍了燃料电池的结构、工作原理及衰减机理，并按照燃料电池开发的技术流程，分章详细讲解了电化学与物理表征方法、性能与寿命测试技术以及故障诊断等关键环节的操作方法与原理，分析了需要解决的关键问题，最后还展望了燃料电池技术的实际应用方向。为满足不同层次读者的需求，本书不仅涵盖了先进的表征方法和工具，还提供了详细的案例研究和试验数据。本书适合于质子交换膜燃料电池生产、测试、应用相关的科研人员和工程师阅读参考，也可供相关专业的高校师生研究学习。

前言

第1章 概述1

1.1燃料电池发展现状与前景1

1.2氢燃料电池结构及其工作原理3

1.3氢燃料电池堆关键组件及其衰减机理5

1.3.1膜电极衰减5

1.3.2双极板衰减8

1.3.3密封件衰减9

1.3.4电堆结构对衰减的影响9

参考文献10

第2章 电化学表征方法及原理12

2.1极化曲线原理及方法12

2.2循环伏安法原理及方法14

2.3线性扫描伏安原理及方法17

2.4电化学阻抗谱原理及方法18

2.4.1频域分析法18

2.4.2时域分析法22

2.4.3阻抗机理模型法25

参考文献28

第3章 物理表征方法及示例介绍29

3.1几何表征30

3.1.1扫描电子显微镜30

3.1.2透射电子显微镜31

3.1.3原子力显微镜32

3.1.4MIP/BET33

3.2成分分析36

3.2.1 EDS36

3.2.2XPS38

3.2.3拉曼光谱仪39

3.3晶相识别41

参考文献43

第4章 发电测试类方法44

4.1燃料电池堆活化原理及测试方法44

4.1.1燃料电池活化简介44

4.1.2PEMFC活化机理45

4.1.3PEMFC活化工艺49

4.2启动特性简介及测试方法61

4.2.1引言61

4.2.2三类不同严酷程度的启动模式64

4.2.3燃料电池冷启动68

4.3电堆耐久性测试流程及方法76

4.3.1电堆耐久性测试简介76

4.3.2工况提取78

4.3.3稳态、定态及动态操作条件标定与优化99

4.3.4动态工况操作边界确认104

4.3.5可逆性衰减恢复策略123

4.3.6数据监测与解析实例126

参考文献134

第5章 DV验证类测试137

5.1机械振动和冲击测试137

5.2气密性与压力测试138

5.2.1保压测试138

5.2.2泄漏量测试139

5.2.3易燃气体浓度测试140

5.2.4允许工作压力测试140

5.2.5压力差测试141

5.3用电安全测试141

5.3.1绝缘测试142

5.3.2耐高压测试143

5.3.3接地保护测试143

5.3.4电气过载测试144

5.4高低温储存测试144

5.5防水防尘测试145

第6章 燃料电池的寿命预测技术147

6.1简介147

6.2机理模型149

6.2.1构建与验证燃料电池寿命预测模型149

6.2.2小结167

6.3混合模型168

6.3.1寿命预测的混合模型建立168

6.3.2结果与讨论177

6.3.3小结183

参考文献184

第7章 实际应用与测试案例分析186

7.1快速活化工艺研究案例186

7.1.1三节短堆综合活化法测试186

7.1.2370节电堆活化测试190

7.1.3小结193

7.2电堆动态工况耐久性分析案例194

7.2.110kW金属板电堆耐久性验证194

7.2.230kW系统耐久性验证201

7.2.3发动机寿命分析208

7.3基于电堆耐久的GDL特性衰减和传质劣化分析案例212

7.3.1阴极GDL特性衰减和传质行为劣化213

7.3.2阳极GDL特性衰减导致的电堆性能演变228

7.3.3小结244

7.4基于电堆耐久的PEM特性衰减和氢渗失效分析案例245

7.4.1电堆整体性能表征246

7.4.2膜电极表征与分析249

7.4.3小结253

7.5新型碳壳限域铂基合金催化剂设计合成与测试分析案例254

7.5.1碳壳限域对合金结构形态及氧还原性能的影响254

7.5.2单电池性能分析267

7.5.3小结269

参考文献270