大家都知道，人活着的时候是离不开氧气O2的，而氢燃料电池在工作的时候也类似，一旦反应气体供气不足，氢燃料电池就容易“窒息”——出现反极现象，从而危害氢燃料电池使用寿命。

一、反极现象及发生原因

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氢燃料电池反极是指电堆运行时，由于阳极氢气供气不足导致单节电池电压低于零伏的现象，该现象会导致阳极催化剂发生严重腐蚀，从而导致氢燃料电池输出性能衰减。

也就是说，反极现象的本质原因是反应气体供气不足，实际上，阴极和阳极都有可能发生反极现象，只是阳极氢气不足的情况更为普遍，大多数抗反极手段也是针对阳极氢气不足来开发。

阳极缺氢气时，由于没有足够的氢气发生氧化反应释放电子和质子来维持电荷平衡，为了维持整个电堆系统的电荷平衡，阳极催化层的其它物质(例如水、碳)会发生氧化反应，从而产生质子和释放电子。

启停、快速变载、操作失误、高功率运行、杂质堵塞气体传输通道、水淹等因素都会导致阳极局部或整体欠气，从而出现反极现象。值得注意的是，反极现象是不会发生在单片氢燃料电池上的，一般是发生在电堆中。

二、抗反极手段

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氢气不足是反极现象本质原因，但在商业化应用场景中，采用氢气过量的方法来抗反极有诸多限制。因此，抗反极只能从别的手段入手，较为常见的是阻止碳腐蚀反应的发生，也就是在膜电极催化剂中添加IrO2。

水电解催化剂(IrO2)可通过析氧反应(而非碳氧化反应)来提升质子和电子生成速率，主动保护阳极，从而有效延长反极时间。

抗反极催化剂结构示意图，通用氢能 CN111029599B

抗反极CCM结构示意图，新源动力 CN111082078B

除此之外，还有优化系统控制策略，如对电压和排气持续监控、阳极吹扫等有意停止或延迟阳极电压上升等抗反极手段。

燃料电池反极相关专业术语：

• 膜电极抗反极性能（cell reversal tolerance）

膜电极抗反极性能是用来评价燃料电池在发生反极现象时，膜电极性能保持不衰减的能力。一般用停机反极运行时间和无损反极运行时间来表征，单位是分钟（min）。

• 停机反极运行时间（Duration of cell reversal until cell cutting off）

从燃料电池发生反极现象起到燃料电池到达截止保护电压而停机的连续运行时间，单位是分钟（min）。

• 无损反极运行时间（Duration of cell reversal without performance lose）

从燃料电池发生反极现象起到其额定功率衰减4%以内的连续反极运行时间，单位是分钟（min）。

膜电极相关厂商：鸿基创能、理工氢电、擎动科技、唐锋能源、亿氢科技、泰极动力、扬志股份、巴拉德、新源动力、未势能源、国氢科技、清能股份、威孚高科等。

来源：艾邦氢科技网综合整理

原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：当氢燃料电池发生“窒息”：反极现象及对抗方法