燃料电池氧气传输阻力测试

　　燃料电池(尤其是质子交换膜燃料电池，PEMFC)中的氧气传输阻力(Oxygen Transport Resistance)是影响电池性能、特别是高电流密度下电压损失(浓差极化)的关键因素。准确测定氧气传输阻力，有助于优化气体扩散层(GDL)等关键部件的设计。

　　方法 1：极限电流法(Limiting Current Method)(常用)

　　原理

　　在低阴极背压、高氢气流量、无氧气条件下，向阴极通入惰性气体(如 N₂)与微量氧气(如 1–5% O₂/N₂)的混合气。逐步降低氧气浓度，当氧气传质成为速率控制步骤时，电流达到极限电流(iL​)。根据 Fick 定律：

　　简化后，总氧气传输阻力为：

　　其中：

　　iL​：极限电流密度(A/m²)

　　CO2​​：阴极进口气体中氧气摩尔浓度(mol/m³)

　　k：常数(≈1，取决于单位制)

　　操作步骤

　　电池预热至测试温度(如 80℃);

　　阳极：H₂(100%)，化学计量比 1.5–2.0;

　　阴极：O₂/N₂ 混合气(如 2% O₂)，化学计量比 >10(确保浓度均匀);

　　逐步降低 O₂ 浓度(如 5% → 2% → 1% → 0.5%);

　　记录每个浓度下的极化曲线，取平台电流为 iL​;

　　绘制 1/iL​ vs 1/CO2​​，斜率即为 Rtotal​。

　　注意：需保证无电化学反应限制(高过量氢气、低电流区)。

　　方法 2：电化学阻抗谱法(EIS) + 传输线模型

　　在不同氧气浓度或湿度下测 EIS;

　　通过传输线模型(TLM)拟合高频感抗和低频 Warburg 阻抗;

　　可分离欧姆阻力、电荷转移阻力、传质阻力;

　　但难以直接给出绝对 RO2​​，多用于相对比较。

　　方法 3：压力阶跃响应法(Pressure Step Method)

　　快速改变阴极氧气分压，监测电流瞬态响应;

　　通过响应时间常数反推传输阻力;

　　设备要求高，主要用于科研。

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