質(zhì)子交換膜PEM的擊穿電壓特性

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(lái)越小，更容易引起電學(xué)短路，對(duì)電池造成非常大的損害，所以當(dāng)施加在PEM上的電場(chǎng)超過(guò)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(duì)值有可能超過(guò)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(chǎng)作用下應(yīng)該沒(méi)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(guò)（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(wú)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(chēng)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(chǎng)作用下保持絕緣特性的能力。所以，通過(guò)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。