4.3　電堆性能和可靠性

電堆的電化學性能是在電池完全還原之后進行的。圖4-3給出了電堆在氫氣和空氣都是10Nl/min流量下以及750℃下電化學性能測試的結果。從圖中我們可以看出，電堆的整個開路電壓（OCV）達到了5.65V，平均每片電池的OCV都超過1.1V。這說明電堆中5片電池都運行良好。在小于150mA/cm2的電流密度下，電壓的非線性損失主要來自陰極和陽極的極化。在較高電流密度下，電壓的線性損失主要來自電堆的電壓歐姆損失，包括電堆各個電池的電阻以及各個界面之間的電阻。這個電堆的最大輸出功率大概在205W，已經達到了普通小型家電可以使用的級別。從曲線中計算得出電堆的ASR是0.429Ωcm2，與第3章單電池的測試結果很接近，說明電堆內阻水平沒有比單電池測試高出很多，電堆整體組裝很成功。

圖4-3　五片電池電堆的極化曲線

同樣，計算電堆的效率和燃料利用率，得到的數據如圖4-4所示。電堆能夠達到的最大燃料利用率在30%左右，但是發電效率只有13%，比單電池的稍微低一點。這是因為在電堆中，會有更多的問題影響電池的性能，例如電堆中壓力分布以及溫度分布不均勻性等。

圖4-4　五片電池電堆的效率以及燃料利用率曲線

同樣，電堆在電化學性能測試后，放在40A（0.5A/cm2）進行恒流放電測試。它的電壓隨著時間的變化曲線如圖4-5所示。放電測試總共持續了大概150h直到電子負載出現問題，測試被迫終止。在測試中，電壓在150h內從3.95V下降到3.89V，這相當于1000h內下降10.1%。這與很多文獻中報道的值相比較是較高的，但是，目前整個科學界對外氣道SOFC電堆中進行的研究并不多。Chung等［47制作的外氣道電堆在很有限的壽命中功率密度只有0.22 W/cm2。因此，實驗室在外氣道SOFC電堆測試中是很領先的。電堆前部分放電曲線的波動是在電堆啟動時電腦記錄的數據，電腦自動是每10s記錄1個數據點，因此，大量數據生成的圖是連續的，電壓曲線表現很平滑，從另一方面說明電堆運行的狀況較為穩定。

圖4-5　五片電池電堆在40A（500mA/cm2）恒流放電電壓衰減圖