导读
燃料电池汽车商业化的成功应用不仅取决于其性能，还取决于耐久和寿命，其本身性能衰减是不可避免的，但这并不是完全不可逆的，通过改变操作条件（活化手段）能够达到恢复效果和最佳初始性能点。不同活化方式会对性能有不同影响，目前主要采用的活化工况分别有恒（变）电流活化，氢泵活化和阴极饥饿等。
车辆燃料电池性能衰减占比如图1所示，其中启停工况占比50%以上，主要原因是启停工况引起的高电位和电势循环必会引起催化剂铂（Pt）的氧化和溶解，其中Pt的氧化物形成属于可逆损失，Pt向自由离子的溶解属于不可逆损失。发生Pt氧化反应后，表观来看直接体现在电堆性能下降。在Pt以离子态溶解之前，可通过特定操作工况进行电化学还原，由于阴极饥饿活化方式持续时间较短，性能恢复较高，能够快速还原Pt氧化物，提高阴极侧催化剂活性和利用率等优势在试验室测试中被广泛应用。
图1 燃料电池性能衰减工况占比
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阴极饥饿活化机理
当阴极侧供气充足，电堆主要发生的反应为
。此时如式（1.1）-（1.3）所示，阴极侧催化剂Pt会被氧化形成氧化物，形成氧化薄膜或颗粒，从而减小催化面积，降低催化活性，导致性能下降。同时由于瞬态或短期工况不当导致电堆本身材料结构发生损坏，会造成Pt的溶解脱落，如式（1.4）所示。
当突然降低阴极流量时（阴极饥饿），因没有足够氧气与氢离子和电子反应，此时会促进式（1.1）-（1.3）的逆反应，将Pt-Ox还原至Pt，恢复催化剂活性，从而实现性能恢复即活化。同时，阴极大小气量的切换还能起到吹扫效果，将阴极腔内杂质和多余水分吹至堆外。
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阴极饥饿活化过程
阴极饥饿是指在电堆正常运行过程中大幅降低阴极流量，待电压下降到一定程度后再恢复阴极流量，短暂运行后再次降低阴极流量，重复若干次来达到活化效果。该活化方式与电流密度、阴极计量比和循环次数相关，通过验证在试验室条件下，一般如图2所展示的阴极饥饿测试过程，在恒定负载1.2A/cm2下，通过快速降低阴极计量比由1.7至0.95，最低电压在0.1V左右，循环阴极饥饿5次，此时阴极Pt氧化物会在该条件下发生还原反应，平均电压由最初的0.684V提升至0.703V，直接体现为电堆性能提升19mV。同时要注意的是，饥饿过程中电压低，产热高，持续时间不易过长，应提前加大冷却液流量，防止电堆温度较高。
图2 阴极饥饿测试过程展示
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阴极饥饿活化流程
图3 电堆阴极饥饿活化流程
根据此活化流程，电堆能在较短时间和可逆损失的范围内，得到快速活化并恢复到最佳初始性能点，避免了因长时间运行而造成催化剂Pt的持续氧化，进而演变成Pt向自由离子溶解的不可逆损失的现象产生，始终能使电堆在一个最佳性能区间内正常运行。
总结
从电堆耐久寿命中的可逆和不可逆损失机理为出发点，通过分析电堆中可逆损失的主要潜在来源—Pt表面氧化物的生成，为保证电堆高效长久运行，达到消除和减少Pt氧化物目的，阴极饥饿活化方式具有时间短和还原Pt氧化物效果佳等相关优势，成为试验室测试中的关键手段之一。
