质子交换膜燃料电池(PEMFC)应具有一定的环境适应性,其阴极发生氧还原反应并产生水,在零下的环境中形成冰。然而,这一固有特征严重制约了 PEMFC的商业化进程。因为当燃料电池处于零下环境时,水结冰的主要影响是堵塞多孔电极的微孔、流场和气体流动通道,延长燃料电池的启动时间,加速电池衰减。综合现有的文献报道,对如何使燃料电池快速启动已经有较为充分的研究,而对于低温启动过程中热量传递、启动需要的能耗及利用率研究却比较匮乏。本文将通过比较和研究金属板PEMFC和复合板PEMFC的催化反应冷启动过程,探讨催化反应对不同材料电池启动的影响及其衰减机理。首先组装活性面积为270 cm2五节金属板PEMFC和活性面积312 cm2五节复合板PEMFC,通过热量守恒定律得到其比热容,并在此基础上探究燃料电池低温启动过程中电池吸热、散热、气体带走的热等各部分热量之间存在的平衡关系,通过计算表明催化反应生成热远远大于电池升温所需热量,说明催化反应方法应用于PEMFC低温启动的可行性。其次,通过控制变量法考察了不同混合气计量比对于催化反应低温启动的影响,结果表明当air/H2=1/4的情况下,燃料电池启动速度较快,在此条件上实现金属板电池-35℃以及复合板电池-36℃启动成功。通过两者对比发现,金属板电池由于其传热较快,启动的速度较快,随着环境温度的降低,启动过程中电池各节温差较大,多次启动后,燃料电池出现不同程度的物理破坏,衰减严重;复合板电池传热较慢,启动的速度较慢,但是启动过程中电池各节温差较小,多次启动后,电池无衰减现象。最后,设计尾排利用催化反应方法,分别考察金属板PEMFC和复合板PEMFC在不同温度下启动情况以及氢气的利用率,并分别对其进行20次-20℃的衰减实验。实验结果表明,将尾排重利用能够大幅度缩短启动时间且启动过程中温差较小,氢气的利用率得到有效提高,趋于10%,功耗得到显著降低,多次启动后电池最大性能没有出现衰减反而有所提高。