甲醇蒸汽重整池与高温聚合物电解质燃料电池的协同整合研究

本文通过将甲醇蒸汽重整池（MSR-C）和高温聚合物电解质膜燃料电池（HT-PEMFC）的集成装置在相同温度（453K，463K和473K）下运行，来研究促进热集成和提高系统效率的最佳温度。首先，建造了一个由镀金铝材料制成的新型双极板，燃料电池阳极流场位于一侧，重整器流场位于另一侧。然后，使用Celtec P2200N MEA和商业重整催化剂CuO/ ZnO/ Al2O3（BASF RP60）组装实验装置（MSR-C/HT-PEMFC）。最后，施加相应温度并运行实验装置。然而水/甲醇的汽化可以引起蒸汽流量的振荡。这些流量振荡对于甲醇转化和燃料电池的功率输出是非常有害的。为了减少这些振荡，在HPLC泵和蒸发器之间引入了一个膨胀容器。该膨胀容器不仅可以显着减少流速振荡，还可以将甲醇转化率从93%提高到96%。

通过实验发现MSR-C/HTPEMFC装置在453 K温度时表现出卓越的高性能。而且该装置首先在453K温度下和恒定电流0.2 A/cm2下运行700 h，然后在463K下用氢气和重整油进行饱和，其中HT-PEMFC依然表现出良好的稳定性。还发现氢气在453 K下的DV下降速率为100 mV/h，稍低于重整油的138mV/h。将温度升高至463K并不会显著影响两种燃料的DV变化率。本文还通过电化学阻抗谱（EIS）分析发现电极的欧姆电阻和电荷转移电阻整体增加。而这一结果则由于电极和膜的磷酸损失和催化剂粒度增长。

Fig.2 e Assembly schemeof theintegrated unit(MSR-C/HT-PEMFC)two metal end-platesframes(1),gasket(2),aluminium gold coated bipolar plate(3),MEA(4),graphitecomposite bipolar plate(5)and current collector(6).

Fig.3 e Scheme of theexperimental unit used for the MSR-C/HT-PEMFC characterization.