质子交换膜PEM的击穿电压特性

质子交换膜(proton exchange mem-brane, PEM)作为PEMFC中的核心元件，直接影响着电池的性能和寿命，其主要功能是分隔氧气和氢气、传导质子、隔绝电子。为提高质子交换膜的质子传导率，减小离子电阻，主要方法是减小质子交换膜的厚度，因此薄膜的厚度不断降低。但随着薄膜厚度的减小，其击穿电压也越来越小，更容易引起电学短路，对电池造成非常大的损害，所以当施加在PEM上的电场超过其绝缘电气强度时，就会达到薄膜厚度的极限。即PEM厚度的最终物理极限由质子交换膜的绝缘击穿特性决定 。而燃料电池中的反极现象一般表现为某一电流密度下，电堆内部某一片或多片膜电极不能获得足够的燃料或氧化剂，从而导致电极电压反转，其反转电极电压的绝对值有可能超过电池中PEM的击穿电压，从而破坏PEM的绝缘性，损坏电池。

理想的介质在外电场作用下应该没有传导电流。但是任何实际的介质，在直流电压作用下总会有微弱的电流流过（漏导电流）。在一定电压范围内，介质的漏导电流与所施加的电压成正比，符合欧姆定律。但到达一定电压值后，漏导电流和电压的关系会偏离欧姆定律，表现出电流失控，电阻趋于无限小的现象 ，即发生介电击穿。介质由绝缘体变为导电体，发生击穿时的临界电压称为介质的击穿电压。介质的击穿特性是介质的基本电性能之一，它决定了介质在电场作用下保持绝缘特性的能力。所以，通过研究质子交换膜的击穿电压特性，可以得到其绝缘击穿特性。