4.3　电堆性能和可靠性

电堆的电化学性能是在电池完全还原之后进行的。图4-3给出了电堆在氢气和空气都是10Nl/min流量下以及750℃下电化学性能测试的结果。从图中我们可以看出，电堆的整个开路电压（OCV）达到了5.65V，平均每片电池的OCV都超过1.1V。这说明电堆中5片电池都运行良好。在小于150mA/cm2的电流密度下，电压的非线性损失主要来自阴极和阳极的极化。在较高电流密度下，电压的线性损失主要来自电堆的电压欧姆损失，包括电堆各个电池的电阻以及各个界面之间的电阻。这个电堆的最大输出功率大概在205W，已经达到了普通小型家电可以使用的级别。从曲线中计算得出电堆的ASR是0.429Ωcm2，与第3章单电池的测试结果很接近，说明电堆内阻水平没有比单电池测试高出很多，电堆整体组装很成功。

图4-3　五片电池电堆的极化曲线

同样，计算电堆的效率和燃料利用率，得到的数据如图4-4所示。电堆能够达到的最大燃料利用率在30%左右，但是发电效率只有13%，比单电池的稍微低一点。这是因为在电堆中，会有更多的问题影响电池的性能，例如电堆中压力分布以及温度分布不均匀性等。

图4-4　五片电池电堆的效率以及燃料利用率曲线

同样，电堆在电化学性能测试后，放在40A（0.5A/cm2）进行恒流放电测试。它的电压随着时间的变化曲线如图4-5所示。放电测试总共持续了大概150h直到电子负载出现问题，测试被迫终止。在测试中，电压在150h内从3.95V下降到3.89V，这相当于1000h内下降10.1%。这与很多文献中报道的值相比较是较高的，但是，目前整个科学界对外气道SOFC电堆中进行的研究并不多。Chung等［47制作的外气道电堆在很有限的寿命中功率密度只有0.22 W/cm2。因此，实验室在外气道SOFC电堆测试中是很领先的。电堆前部分放电曲线的波动是在电堆启动时电脑记录的数据，电脑自动是每10s记录1个数据点，因此，大量数据生成的图是连续的，电压曲线表现很平滑，从另一方面说明电堆运行的状况较为稳定。

图4-5　五片电池电堆在40A（500mA/cm2）恒流放电电压衰减图