课题组硕士研究生罗棕锴近期在国际高水平期刊《Applied Energy》（中科院一区，Top 期刊，IF: 10.1）发表学术论文《Evolution of current distribution and performance degradation mechanism of PEMFC during transient loading under gas starvation condition: An experimental study》。该研究借助 4×4 分段电流采集 PCB 技术，首次对比分析了阳极气体饥饿、阴极气体饥饿及阴阳极同时饥饿三种工况下 PEMFC 瞬态加载时的电流分布演变过程，并结合极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）揭示了性能退化机制。
研究取得多项创新突破：在气体饥饿条件下，电流分布呈现从进气口到下游区域梯度递减的规律，而出气口区域因反极现象表现出异常高的电流密度，其中阴极饥饿对电流加载动态响应的负面影响显著大于阳极饥饿，其出气口区域电压反转程度更为剧烈；通过分段 PCB 技术发现，阳极饥饿时电流从进气口到下游递减，出气口因水电解和碳腐蚀反应电流升高，而阴极饥饿时出气口区域因“氢泵效应”电流异常增大，且加载时间延长 3 倍以上；当阴阳极同时饥饿时，电压无法恢复且出气口电流随加载时间持续上升，证实了双向电压反转对膜电极的协同破坏作用。电化学表征显示，气体饥饿导致电荷转移电阻从 12.46 mΩ 增至 14.27 mΩ（催化剂活性下降），传质电阻从 6.07 mΩ 增至 6.72 mΩ（膜电极结构损伤），电化学活性表面积（ECSA）从 46.38 m2/g 降至 39.81 m2/g，揭示了 Pt 催化剂团聚与膜电极碳腐蚀的退化机理。研究表明，阴极气体饥饿对 PEMFC 动态性能的破坏性更强，其本质是反应气体不足引发的电压反转与催化剂层结构损伤，该成果为燃料电池瞬态运行优化提供了关键数据支撑。
论文发表： 2025 年 3 月
