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質(zhì)子交換膜PEM的擊穿電壓特性

更新時(shí)間:2025-06-17      點(diǎn)擊次數(shù):193

質(zhì)子交換膜(proton exchange mem-brane, PEM)作為PEMFC中的核心元件,直接影響著電池的性能和壽命,其主要功能是分隔氧氣和氫氣、傳導(dǎo)質(zhì)子、隔絕電子。為提高質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率,減小離子電阻,主要方法是減小質(zhì)子交換膜的厚度,因此薄膜的厚度不斷降低。但隨著薄膜厚度的減小,其擊穿電壓也越來越小,更容易引起電學(xué)短路,對電池造成非常大的損害,所以當(dāng)施加在PEM上的電場超過其絕緣電氣強(qiáng)度時(shí),就會(huì)達(dá)到薄膜厚度的極限。即PEM厚度的最終物理極限由質(zhì)子交換膜的絕緣擊穿特性決定 。而燃料電池中的反極現(xiàn)象一般表現(xiàn)為某一電流密度下,電堆內(nèi)部某一片或多片膜電極不能獲得足夠的燃料或氧化劑,從而導(dǎo)致電極電壓反轉(zhuǎn),其反轉(zhuǎn)電極電壓的絕對值有可能超過電池中PEM的擊穿電壓,從而破壞PEM的絕緣性,損壞電池。

理想的介質(zhì)在外電場作用下應(yīng)該沒有傳導(dǎo)電流。但是任何實(shí)際的介質(zhì),在直流電壓作用下總會(huì)有微弱的電流流過(漏導(dǎo)電流)。在一定電壓范圍內(nèi),介質(zhì)的漏導(dǎo)電流與所施加的電壓成正比,符合歐姆定律。但到達(dá)一定電壓值后,漏導(dǎo)電流和電壓的關(guān)系會(huì)偏離歐姆定律,表現(xiàn)出電流失控,電阻趨于無限小的現(xiàn)象 ,即發(fā)生介電擊穿。介質(zhì)由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)電體,發(fā)生擊穿時(shí)的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓。介質(zhì)的擊穿特性是介質(zhì)的基本電性能之一,它決定了介質(zhì)在電場作用下保持絕緣特性的能力。所以,通過研究質(zhì)子交換膜的擊穿電壓特性,可以得到其絕緣擊穿特性。



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