PEMFC湿度控制中的内部加湿及其适用范围

加湿是质子交换膜燃料电池（PEMFC）设计者必须考虑的重要问题。内部加湿适用于PEMFC结构简单、体积小、成本低。对于内部加湿的利弊众说纷纭。有研究表明，工作温度在60℃以下的电池若没有外部加湿，其最大功率将减少40%。但对于小型PEMFC系统来说，这个代价是值得的，由于消除了加湿设备成本和功率消耗，电池总的效率并没有减少。
内部加湿PEMFC运行的关键是确定适宜的空气系数，以保证出口气体相对湿度在100%附近，同时保证电池内部的水平衡。这里提出一种内部加湿方法的思路：空气和氢气沿着相反的方向通过MEA，水从阳极到阴极的流动，是通过水和质子的方式，即所谓电渗拖带，在MEA的各个部位都是均匀的，与电流成正比。水从阴极到阳极的反向扩散不均匀，但是可以通过反应气体循环来补偿。MEA结构设计采用较薄的电极和较厚的扩散层。扩散层厚度增加可保持更多的水分。
温度低于60℃时，要找到一个能使PEMFC阴极出口空气湿度为100%的空气系数总是可能的。在常温时，这看上去可能浪费了空气，但实际并非如此。以小型燃料电池为例，在空气化学反应计量比为24时，燃料电池只有不到1%的功率用于空气循环，显然是在适当的功率损失范围内。因此说，对燃料电他来说，这一空气流量值是合适的。