在线分区测试燃料电池内部电流密度分布研究进展

唐文超 ，林 瑞 ，黄 真 ，曹春晖 ，马建新

（1 同济大学新能源汽车工程中心，上海 201804；2同济大学汽车学院，上海 201804）

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有环境友好、能量密度高的优点，被认为是未来解决能源危机的重要途径之一。随着各国政府和研究机构大量财力、物力的投入，燃料电池技术发展很快，在技术以及商业化进程方面取得一定的进展，但还是存在许多例如成本高、稳定性和耐久性差等问题尚需解决[1-2]。

燃料电池的性能受到电池内部诸多参数的影响。根据各影响因素的特性，可以将其分为装配和操作参数、结构参数和材料参数。装配和操作参数主要包括反应气体的流量、湿度及电池的温度、压力等因素；结构参数包括流场的结构参数（流场的几何形状、脊宽度等）、膜电极（MEA）的活性面积等；材料参数包括双极板（BP）的材料（石墨板，镀金铜板）、扩散层（GDL）的材料以及膜的材料等[3-4]。为了深入了解各参数对燃料电池内部电化学反应的影响，研究人员开发在线分区测试技术，将电池内部的活性面积分割成若干个区域，考察电池各区域内的电化学反应性能。电流密度是质子交换膜燃料电池中反应物、温度和水分布等因素作用下的电化学反应的综合体现，如果电流密度分布不均匀，则表明活性面积各区域利用率不均衡，从而产生局部电压的差异及面内电流，造成电势损失。在线分区测试技术可以实时、准确地测试燃料电池局部的电流密度分布，从而反映电池内部的电化学反应的差异。

目前，燃料电池在线分区测试技术按照分割部件进行分类，主要有两种方式：MEA分割法和流场/电流集流板分割法[5]。MEA分割法将MEA 进行分割或覆盖，分别对局部MEA进行试验，考察电池内部电流密度分布的情况。这种方法由Stumper引进[6]，主要测试燃料电池稳态过程中的电化学反应，但是由于该方法需要将MEA进行分割或覆盖，破坏了电池内部的整体性，且分辨率低，实验误差较大，因此分割MEA法在线分区测试技术中很少应用[7]。流场/电流集流板分割法主要将流场或集流板分割成各个区域，并相互绝缘，通过引流，测试出不同MEA区域的电流大小。目前这项技术应用比较广泛，同时一些研究人员对该方法进行调整，将电池的 GDL和催化层进行分区。但这方法有利有弊，一方面分区可以确保每个收集过来的电流都来自固定的区域，避免侧面电流造成的测试误差；但另一方面，分区会增加电池结构的复杂程度，改变GDL的材料特性，影响测试的精确度；又加之GDL的电流侧面传输与平面传输的之间比值非常小，在测试过程可通过测试补偿来抵消，因此研究中对GDL和催化层不进行分区的研究占大多数[8]。

本综述主要根据测试方法的机理不同对目前广泛应用的在线分区测试技术进行分类介绍；同时阐述了影响燃料电池性能的基本因素，并将近期利用在线分区测试技术研究参数对电池的性能影响的相关研究进行汇总，为优化燃料电池的性能提供参考。

1 燃料电池在线分区测试技术

目前，在线分区测试技术按照测试的机理进行分类，主要有3种类型：电阻网络技术、印刷电路板测试技术和电磁感应技术（霍尔传感器）[4]。这3种在线分区测试技术都属于流场板/电流集流板分割法。研究人员采用此类方法对MEA活性面积进行测试，同时将分割的区域进行编号，这些区域可以是不同面积的[9]，但为了减小测试误差，一般各分区的面积都相同。

1.1 电阻网络技术

电阻网络技术首先由 Stumper课题组[6]应用到测量燃料电池电流密度分布，采用两种不同的方法对燃料电池进行测试，这两种方法的主要区别在于分区部件和负载的不同。

第一种方法为子电池法，该技术的主要原理是对燃料电池阴阳两极的组件（GDL、MEA和流场）都进行分区，并相互绝缘，形成若干个子电池，且性能无相互影响。子电池的结构特点在于各分区形成独立的燃料子电池，分别对各子电池添加相应的负载，测出各子电池的极化曲线。这种方法被广泛应用，结构也比较简单。Chan课题组[10]采用此技术对阴阳两极进行分区，并按照分区对应的位置制作MEA，形成单独绝缘的子电池。各子电池分别连上负载，测试子电池的性能，并测试各子电池的高频阻抗。由于该方法共用阴阳两极的流场板，因此对研究流场结构对燃料电池水管理及性能的影响有重要的参考价值。同时还可以考察电池的反应物浓度、加湿条件以及膜电极结构对燃料电池性能的影响[9，11]。图 1为该课题组燃料电池测试的组装示意图。

但该技术存在诸多不足，子电池法改变传统的燃料电池结构，需要专门制备，成本增加；同时各子电池在制备过程出现的差异会对测试产生很大的影响，导致误差增大；此技术应用到燃料电池电堆也存在很大的难度，因此该测试技术的发展空间非常小。

第二种方法为惰性电阻网法（passive resistor network approach）。该技术的基本原理是对燃料电池阴阳两极一侧的部分组件进行分区，将各分区的电流通过预先标定好的灵敏电阻或校准电阻，通过测量电流在电阻上的压降测出各分区的电流密度。Stumper课题组将121个边长为16 mm的石墨块均匀镶嵌在不导电的树脂薄板内，并将其平铺在流场板和集流板之间，每个石墨块引出两条线测量电压。后来一些研究者将该技术的结构进行改进，将电池阴极或阳极的集流板和流场板同时进行分区，利用导线将集流板的各分区连接到灵敏电阻或校准电阻，从而简化测试结构。该技术又称改进的子电池方法。但此技术与前面提到的子电池法在测试机理上有根本不同，此技术利用电流在电阻的压降测试电流密度值。灵敏电阻的阻值一般有 0.1Ω[11-12]、0.01Ω[13]或者将一个分区的石墨板嵌入底板和流场板之间[15]，通过校准该板的电阻进行分区测试。

图2为清华大学毛宗强课题组[13]采用惰性电阻网法（改进的子电池法）设计的电池组装结构。 该课题组采用的燃料电池活性面积为30 cm2，整个区域分为12个分区，并通过12个铜螺栓将分区电流连接到灵敏电阻，并传输到测试单元。图2是典型的惰性电阻网法结构图，在实际研究中，各试验室采用的结构并不相同，有的直接利用电流收集针做成燃料电池的收集板，直接采集各分区的电流。但工作原理与此种惰性电阻网法类似。

该技术被应用于研究燃料电池的各个参数对性能的影响，包括对燃料电池阴极水管理研究和反应速率的匹配问题[15]，燃料电池的启动性能[16]以及流场结构等参数。并且Stolten课题组[14]还尝试将此技术应用于电堆测试中。该课题组对该技术进行改进，利用扩展的石墨板充当各个分区连接的灵敏电阻，直接将分区石墨板嵌入到收集板和流场板之间，测试电堆内部的电流密度分布，这种方法为未来在线分区测试技术应用到电堆测试中提供最初的策略。

1.2 印刷电路板测试技术

印刷电路板测试技术（printed circuit board）最早由Cleghorn等[17]提出，并应用于燃料电池测试中。该技术的基本原理是利用印刷电路板（PCB）代替燃料电池的电流收集板，并将PCB板分割成相互绝缘的若干个分区，测量分区内电流的大小，从而得出燃料电池局部电流密度的分布情况。分区的部件还包括燃料电池的电流收集板或流场板，图3所示为该技术典型的电池装配原理图[18]。为减少 PCB板和结构变化对电池性能的影响，PCB板一般放置在阳极流场板和底板之间。但也会为满足研究的特殊测试要求，将阴极的流场或极板进行分区[19]。PCB板将各分区的电流传输到电流传感器，测量各分区的电流密度。目前测量分区电流的方法有好几种，最普遍应用的是将测量电流通过校准电阻或灵敏电阻，通过测量电流在电阻的压降得出电流的大小。校准电阻或灵敏电阻一般在0.001～0.1 Ω[18-23]。

PCB板的基质一般为聚四氟乙烯（PTFE），板面或内部有多条线路，这些线路通过板上钻的通孔与各分区的收集板相连接，每条线路对应一个分区，线路上的电流即分区的电流。由于PCB板与流场或GDL相接触，为防止PCB板腐蚀以及降低板与流场之间的接触电阻，PCB板一般都经镀金处理[24]。

PCB板测试技术由于其制造简便，成本低廉，因而应用比较广泛[17，25]。但 PCB目前还存在一些问题，由于PCB板的嵌入，改变了电池的结构。

1.3 电磁式测试方法

电磁感应测试技术首先由 Wieser课题组[26]应用于测试燃料电池电流密度分布。该技术将多个霍尔传感器连接到各分区，利用霍尔效应原理测量各分区的电流。霍尔效应是指当电流流经过磁场区域，由于磁感应力的作用，使导体内的电子发生移动，从而产生与电流方向和磁场方向都垂直的电压。因而电流的大小决定电压的大小。霍尔传感器有开环和闭环之分，这两种传感器都已经应用于测试燃料电池[27-28]。Zawodzinski课题组[29]利用开环霍尔传感器进行分区测试，以优化 CO、加湿程度和流场结构对电池的影响，从而改善燃料电池的性能；Yi课题组[30]利用闭环霍尔传感器研究燃料电池在“饥饿”情况下的性能参数以及电池反极过程的机理。Guo[31]也曾使用霍尔效应传感器测试燃料电池的动态特性以及温度的分布，图4为该课题组应用的燃料电池装配图。

另外，Santis课题组[32]将该技术应用于测试燃料电池电堆中。这种方法简便可行，且精度比较高，但由于该技术需过多的霍尔传感器，部件繁多，结构复杂，成本高，相近磁场有可能会产生相互干扰，因此在目前在线分区测试技术中应用较少。

目前3种分区测试技术都在使用，但由于PCB分区测试技术成本比较低，且结构比较简便，目前应用最为广泛，且未来发展前景比较好，一些研究所将流道和电流传感器集成到PCB上，更加简化测试结构，测试精度更高，成为最有可能应用到电堆上的测试技术。

2 燃料电池操作参数的影响

燃料电池的操作参数，结构参数和材料特性等对其性能影响非常大。目前，国内外极力发展在线分区测试技术，通过测试MEA活性面积的电流密度分布了解燃料电池内部的局部电化学反应特性。本部分就关于燃料电池相关的设计、组装和操作参数以及其它因素对燃料电流密度分布的影响进行相关的考察。

一般描述燃料电池电流密度分布的方法有以下3种：一种是针对整个MEA活性区域利用曲面表示电流分布[33]；一种是利用燃料电池沿着进气口到出气口方向的电流密度势分布趋势来表示的[10]；最后一种是利用燃料电池各分区的极化曲线表示电流密度分布[34]。

尽管很多研究者利用燃料电池电流密度分布研究相关参数对其性能的影响，但却很少有研究人员明确地提出如何使电流密度分布更加均匀的措施。Santis课题组[35]曾报道通过改变阴极区域Pt担量的催化剂（图 5），优化燃料电池的电流密度分布。

从图5可看出，随着阴极空气的流向，越靠近空气出口处，Pt担量越大，以弥补因出口处水管理造成的电流密度差，从而促使燃料电池各分区的电流密度达到一致。下文讨论燃料电池各参数对电流密度分布的影响。

2.1 反应物的流量

反应物的流量对燃料电池的性能影响非常大，根据能斯特方程[36]，燃料电池的开路电压与反应物流量的关系式如式（1）。

式中，R为气体常数，其值为定值；F为法拉第常数，其值为96 485 C/mol；T为热力学温度；αproducts和αreations分别为生成物与反应物的活度。

从式（1）中可看出，反应物浓度直接影响燃料电池开路电压的大小，尤其是阴阳两极的质量传输阻力对极化曲线的影响非常大。如电池两极发生“饥饿”现象，会对电池的关键部件产生很大的损害。当氢气发生“饥饿”现象，阳极电势急剧上升，促使碳发生氧化反应而产生离子和电子，这样会对催化剂表面和碳纸等部件造成损害；当空气发生“饥饿”现象，阳极产生的氢离子传输到阴极，与电子结合产生氢气，阴极电势也随之下降，甚至降到比阳极还低，从而造成电池电压反极，影响燃料电池的性能[37-39]。

在线分区测试技术通过研究沿流道方向的电流密度分布以测试反应物流量对电池性能的影响，很多课题组通过设计相应的流场，利用在线分区测试技术研究反应物流量对燃料电池的影响[6，9，11-12，17，23，29-31，40-41]。

Liu课题组[31]利用霍尔传感器测试技术研究氢气和空气的“饥饿”对燃料电池性能的影响。本课题组采用单通道蛇形流场，4 cm×4 cm活性面积的单电池，阴阳两极加湿温度与电池温度都设定为60 ℃。作者采用稳流控制模式和稳压控制模式两种方式测试氢气和空气的“饥饿”条件对燃料电池性能的影响。当空气“饥饿”时，在稳流控制模式下将电池的平均电流密度控制在500 mA/cm2，空气的流量从1200 mL/min突然下降到200 mL/min，观察各分区电流密度和电压的变化[图 6(a)]；在稳压控制模式下将电池的电压控制在0.3 V，空气的流量从1200 mL/min突然下降到200 mL/min，观察燃料电池各个分区电流密度的变化[图6(b)]。

当氢气“饥饿”时，在稳流控制模式下，将氢气的流量控制在50 mL/min（这时电池的平均电流密度在450 mA/cm2），电池的平均电流密度突然从440 mA/cm2增加到470 mA/cm2，观察各个分区的电流密度的变化[图 7(a)]；在稳压控制模式下，将电池的电压控制在 0.3 V，氢气的流量突然由 300 mL/min下降到50 mL/min，观察各个分区的电流密度的变化[图7(b)]。

从图6、图7可知，在稳流控制模式下，当空气“饥饿”时，电压下降非常快，且容易反极，而电流密度则在流道进口有所升高，出口则下降。当氢气“饥饿”时，电压同样下降很快，但不会产生反极，电流密度在进口处有所上升，出口处则很快下降至零；在稳压控制模式下，空气发生“饥饿”，电流密度下降缓慢，且很快达到稳定；氢气发生“饥饿”，在进口到中间区域的电流密度基本不变，而出口处的电流密度下降很多，且不稳定。

从诸多实验可看出，燃料电池反应气体的流量对电池的性能影响非常大，利用分区测试技术可考察在不同流量下电池内部不同区域电化学反应的差异，并可通过相应的表征手段研究电池在不同“饥饿”条件下对MEA的影响。

2.2 流场板的结构

在质子交换膜燃料电池中，流场的结构决定反应物在MEA活性区域的分布情况。因此流场结构对燃料电池的性能影响非常大。迄今为止，研究者利用在线分区测试技术研究燃料电池的流场结构包括：单通道和多通道蛇形流场结构[10，14，17，42]，平行单通道和平行多通道的直流场[42-43，45-46]、网格或网状结构流场[42，45]、交指流场[42，45]、自淹搅拌反应器（STR）流场[44]和仿生流场[43]。

一些研究小组利用测量燃料电池电流密度分布对比不同流场结构的性能。Lobato课题组[42]利用高温质子交换膜燃料电池研究流场结构对电流密度分布的影响。该实验采用商业内置 100个传感器的PCB测试装置，MEA的活性面积为49 cm2，主要考察4种流场结构（蛇形、平行、网格、交指流场）对电流密度分布的影响（图8）。

作者利用纯氧代替空气，氢气的流速设定为228 mL/min，氧气的流速设定为76 mL/min，观察各流场在不同的平均电流密度下的电流密度分布变化（图9～图11）。研究者将平均电流密度设定3个值：0.1 A/cm2、0.25 A/cm2和0.38 A/cm2，分别代表3种不同的氧气利用率，电流密度越大，氧气利用率越高。注意4种流场的进气口和出口都是同一方位，分别位于三维图形的内角和外角处。

从图9～图11中可看出，当平均电流密度为0.1 A/cm2时，4种流场的电流密度分布相对比较均匀，这是由于电流较低时，氧气需求量少，因此进出口之间的氧气浓度之差对测试结果无明显的影响；当平均电流密度增加到0.25 A/cm2时，4种流场结构的电流密度分布之间的差异开始突显出来，平行流场和交指指流场的电流密度分布变得不均匀，且都是在出口处电流密度出现明显下降，交指流场表现更明显，而蛇形流场的电流密度分布最均匀；继续增加平均电流密度到0.38 A/cm2，交指流场进口处的电流最高，但该流场的电流梯度也最明显；而蛇形流场和网格流场的电流密度分布相对比较均匀。出现这种现象主要是由于流场的结构影响氧气和生成水的传输所导致的。同时各流场结构的压降和排水性能对燃料电池性能影响很大，Huang课题组[45]研究表明，交指流场在燃料电池运行早期对电流密度分布的影响最小（≤30 min），然而流场的阻力最大，进出口气体的压降最大，因而相同条件下排水能力最差，而平行流场的压降最小，排水能力较好。

除流场的流道形状，一些课题组还针对流道的其它因素（如通道和脊宽）对电流密度分布的影响进行研究。Reum 课题组[47]利用电流在二维电阻上的压降测试脊宽对电流密度分布的影响，测量整个电池的电阻与脊宽的关系。实验表明：脊越宽，流道越小，气体流速越高可促使电池在很广的操作范围下表现出更高的性能和更均匀的电流密度分布。

2.3 反应温度

燃料电池温度对性能的影响很大，根据能斯特方程[36]，燃料电池开路电压与温度有直接的关系，温度越高，电池的开路电压越低，并且过高的温度会造成质子交换膜的结构产生复杂的变化，影响电池的性能；但同时根据电化学反应动力学，温度又对电池反应有很大的促进作用，当温度升高，燃料电池内的催化剂活性增加，提高燃料电池动力学反应，减少电池的活化损失；因此燃料电池的反应温度应处于一个合适的范围内。一般质子交换膜燃料电池的工作温度都在90 ℃以下。

在分区测试中，研究者通常利用两种方法考察温度与燃料电池性能的关系：一种是通过改变电池的操作温度考察对性能的影响[25，48]；另一种是通过观察电池内部的温度分布与电流密度分布分析温度与电池性能之间的关系[11，24，49-50]。

Li课题组[23]采用PCB技术测试不同的电池温度对燃料电池性能。作者采用三通道蛇形流场，MEA的活性面积为40 cm2，阴极和阳极的气体流量分别为λH2=1.2、λAir=2.0，电池的电势控制在0.4 V，电池设定为3种温度：40 ℃、55 ℃和70 ℃，反应气体都是100%增湿。作者针对这3种温度做了3组实验数据，第一组反应气体流动方向设置为同向，第二组为反向，第三组为交叉方向，研究温度对电池电流密度分布的影响（图12）。

从图12可知，当温度升高，各分区的电流密度有所增加，在70 ℃时，燃料电池性能最好；同时可得出当反应气体的流向为反向时，电流密度分布更加均匀。

每个MEA都有一个最佳的适合温度，分区测试不仅可以测试电池的最佳温度，还可以为电池提供最佳的温度控制方式，燃料电池在工作期间会产生大量的热量，为保证电池处于恒定的温度点，需要为电池提供相应的散热器。分区测试可以检测电池内部各个区域的温度分布，为寻找更加合适的散热方式提供实验参考。

2.4 预紧力

燃料电池在装配过程中必须施加一定的预紧力，一方面保证燃料电池的密封特性，另一方面保证燃料电池的扩散层、MEA和电极的充分接触，减小接触电阻。Mikkola课题组[51]通过建立数据模型推算出燃料电池的扩散层和催化层之间的接触电阻随着预紧力的增加非线性降低。根据电池装配的不同，预紧力的表示方式也不同，贯穿螺栓式装配一般采用扭力代表预紧力的大小。因为燃料电池的设计和材料不同，每个燃料电池系统的最佳预紧力各不相同，利用分区测试，考察最佳的预紧力，同时保证各区域的预紧力相对均匀，使燃料电池的性能达到最佳。但目前很少课题组利用在线分区测试技术研究预紧力对电流密度分布的影响。Yuraka课题组[12]利用电阻网络技术分析了两种不同的预紧力（0.6 MPa和1.2 MPa）对电流密度分布的影响。阳极和阴极加湿温度为 40 ℃，电池温度为 50 ℃，λH2=1.3、λAir=1.4。实验开始先运行240 s稳定燃料电池性能，然后测量燃料电池的电流密度分布。实验结果表明：当预紧力为0.6 MPa时，由于反应物的质量传输阻力很小，从而电流密度较高，但均匀性比较差；当预紧力为1.2 MPa时，电流密度更加均匀，但由于质量传输阻力大，压降比较大，性能一般。

2.5 反应物的相对湿度

在PEMFC中，质子交换膜的水合作用与反应气体中水含量有很大的关系；若水含量较低，膜比较干燥导致水合作用下降，从而增加膜的阻抗，降低电池的性能。但若反应气体的相对湿度较高，电池的流场排水效果不好，则电池会在阴极发生“水淹”现象，阻碍阴极空气的传输，从而降低燃料电池的性能[52-53]。因此反应气体的相对湿度必须控制在合适的范围内，同时对燃料电池的流场结构的优化也必不可少。

国内外有很多课题组利用分区测试技术优化反应物的相对湿度[6，10，24，43，54-55]，以优化燃料电池的水管理。Lin等[22]利用PCB技术优化反应气体的相对湿度以提高PEMFC的稳定性。作者通过采用25 cm2活性面积的 MEA，反应气体的化学计量比为λH2=1.2，λAir=2.0，电池温度设定为100 ℃，压力为2 bar（1 bar=0.1 MPa），阴极相对湿度控制在100%，阳极相对湿度分别为 25%、50%、75%、100%和135%，观察电流密度分布随时间和阳极相对湿度的变化（图13）。从图13中发现当阳极的相对湿度较低时，燃料电池性能稳定较好，但电池的电流最低，性能最差；随着相对湿度的增加，电池性能逐渐提高，但稳定性变差，特别在 75%和 100%；然而当相对湿度超过100%达到135%时，稳定性能最好，且性能最好。

此外，也考察了阴极相对湿度对电池性能和稳定性的影响。阳极相对湿度为 100%，而阴极相对湿度分别为 25%、50%、75%、100%和 150%，研究阴极相对湿度对电池稳定性的影响（图14）。

由图14中可知，阴极相对湿度较低时燃料电池性能很差，这主要因为膜的传导离子的能力减弱；随着水含量的增加，电池的性能也逐渐增加，且电池的稳定性也增加；比较图13和图14可知，阴极的相对湿度对燃料电池的影响比阳极相对湿度要明显的多。

Chan课题组[10]利用电阻网络技术研究低湿度条件下对燃料电池电流密度分布和稳定性的影响，并利用电化学工作站测量各电池的高频交流阻抗（EIS）曲线。该课题组做了多组实验，采用Nafion®117聚合物膜，电池温度控制在50 ℃，氢气和空气的流量分别为：λH2=1.2、λAir=2.0，反应气体的相对湿度分别设置为 100%和 33%，从而观察相对湿度对电池电流密度分布和高频阻抗的影响（图15和图16）。

从图15、图16可知，当相对湿度过高时，实验初期的电流密度较高，但随着反应时间的延长，电池性能越来越不稳定，出口处的电流开始下降，性能变差，这主要因为反应气体的相对湿度过高，随着时间的延长，阴极出口的水含量越来越多，发生“水淹”现象，从而电流密度不断下降。从 EIS曲线图也可解释电流密度分布图，实验初期出口处的阴极浓度损失比较小，但当电池运行50 min时，出口处的欧姆损耗不变，而浓度损耗变大，这主要由于随着时间的推移，阴极产水量不断加大，出口处发生“水淹”现象，阻碍空气在流场中的传输；在低湿度条件下，电流密度分布更加稳定，阴极出口处由于水的产生，对膜起到了一定的加湿作用，从而使得出口处的电流比进口处高，EIS曲线也表明出口处的阻抗远小于进口处的。

2.6 其它因素

除以上因素，其它因素也影响燃料电池的电流密度分布，如反应气体的流向、杂质气体的含量等，这些因素同样对燃料电池的性能产生很大的影响。

由于气体进出口处存在一定的压差，反应气体在各自进出口处的浓度有所差异，导致电池内部各个区域的反应气体浓度都不相同，因而当反应气体的流向发生变化，也势必会影响电池的电流密度分布。一些课题组单独针对此因素展开研究[21，23，56]，Alaefour课题组[21]利用PCB技术测试反应气体3种不同的流向安排（同向、反向和交叉向，如图 17所示）对电流密度分布的影响。测试表明反应气体流向为反向时，电池的电流密度分布更加均匀。

杂质气体中CO的含量对燃料电池的性能影响非常明显，CO会吸附在PEMFC的催化剂Pt的表面[57]，影响催化剂的活性，从而造成燃料电池的性能下降。因此一些课题组利用在线分区测试技术研究 CO对电流密度分布的影响[58-59]。德国航天局（DLR）利用多层PCB测试技术进行测试[58]，发现当温度越低，CO的浓度越高，电池的性能越差，并且CO对阳极的毒害作用更快。

3 结 语

质子交换膜燃料电池的性能是由操作参数、几何结构和材料特性等参数相互影响、相互作用的结果，利用在线分区测试技术测试局部电流密度分布反映了电池局部MEA活性面积的利用率，显示出各个参数影响下的电池性能。

在线分区测试技术按照分割部件可分为：MEA分割法和流场/电流集流板分割法。由于MEA分割法增加了电池的复杂程度，且测试精度很低，现在已基本淘汰。流场/电流集流板法分割法是目前在线分区测试技术应用最多的方法，该方法易考察流场结构等参数对电池性能的影响，测试精度比较高，有的研究人员还在此方法基础上将 GDL和催化层进行分割，以保证测试结果不受侧面电流的影响。按测试机理的不同，在线测试技术可分为：印刷电路板测试技术、电阻网络测试技术和电磁测试技术。印刷电路板测试技术发展比较迅速，从单层板结构发展到复合板结构，再到将传感器和流场结构嵌入到板内，印刷电路板测试技术将发展的越来越成熟。

但是，目前在线分区测试技术还存在很多不足，特别在测试各因素对电池性能影响的方面，需要提高其精确度，优化各个因素以改善电池的各方面性能。另外，目前在线分区测试技术主要应用于测试单电池内部的电流密度分布，无法测试电池内的温度分布以及相应分区的局部交流阻抗，更直观地显示出电池局部的MEA的变化；同时燃料电池堆也无法应用此技术，研究各单片电池之间的电化学反应差异。因此该技术还需改进其测试方法或装置，将其发展到测试燃料电池电堆，达到优化整个堆的性能。

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