質子交換膜電解水(PEMEC)技術因其高電流密度、快速響應和高純度氫氣產出，被視為綠氫制備的關鍵路徑。然而，其系統效率受運行條件影響顯著，尤其對溫度與壓力的敏感性成為工程優化的核心議題。本文基于自主搭建的PEMEC電解水測試臺，系統研究了在30–80°C溫度區間及常壓至3 MPa壓力范圍內的效率變化規律。
實驗結果表明，在恒定電流密度(如2 A/cm²)下，隨著溫度升高，電池電壓顯著下降，系統電能消耗降低，整體效率提升。這主要歸因于高溫下質子傳導率增強、電極反應動力學加快以及界面阻抗減小。然而，當溫度超過70°C時，膜材料(如Nafion)可能出現脫水現象，導致質子傳導性能下降，效率增長趨于平緩甚至略有回落。
在壓力方面，提高陽極側操作壓力可直接獲得高壓氫氣，減少后續壓縮能耗。但高壓同時增加了膜兩側的機械應力，可能引發膜穿孔或密封失效。測試數據顯示，在1.5 MPa以下，系統效率隨壓力上升略有提升；超過2 MPa后，歐姆損失和傳質阻力顯著增加，效率反而下降。此外，高壓還加劇了氧氣向陰極的滲透，帶來安全隱患。
綜合來看，PEMEC電解水測試臺在60–70°C、1–1.5 MPa工況下表現出較優能效比，兼顧安全性與經濟性。未來研究應聚焦于開發耐高溫、耐壓的復合膜材料，并優化流場結構以改善高壓下的傳質性能。本研究為PEMEC系統在工業級綠氫項目中的參數配置提供了實驗依據與理論支撐。
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