質子交換膜PEM的擊穿電壓特性

質子交換膜(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、傳導質子、隔絕電子。為提高質子交換膜的質子傳導率，減小離子電阻，主要方法是減小質子交換膜的厚度，因此薄膜的厚度不斷降低。但隨著薄膜厚度的減小，其擊穿電壓也越來越小，更容易引起電學短路，對電池造成非常大的損害，所以當施加在PEM上的電場超過其絕緣電氣強度時，就會達到薄膜厚度的極限。即PEM厚度的最終物理極限由質子交換膜的絕緣擊穿特性決定 。而燃料電池中的反極現象一般表現為某一電流密度下，電堆內部某一片或多片膜電極不能獲得足夠的燃料或氧化劑，從而導致電極電壓反轉，其反轉電極電壓的絕對值有可能超過電池中PEM的擊穿電壓，從而破壞PEM的絕緣性，損壞電池。

理想的介質在外電場作用下應該沒有傳導電流。但是任何實際的介質，在直流電壓作用下總會有微弱的電流流過（漏導電流）。在一定電壓范圍內，介質的漏導電流與所施加的電壓成正比，符合歐姆定律。但到達一定電壓值后，漏導電流和電壓的關系會偏離歐姆定律，表現出電流失控，電阻趨于無限小的現象 ，即發生介電擊穿。介質由絕緣體變為導電體，發生擊穿時的臨界電壓稱為介質的擊穿電壓。介質的擊穿特性是介質的基本電性能之一，它決定了介質在電場作用下保持絕緣特性的能力。所以，通過研究質子交換膜的擊穿電壓特性，可以得到其絕緣擊穿特性。