质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell以下简称PEMFC)应具备环境适应性,其阴极氧还原的反应生成水这一固有的特性带来了 PEMFC零度以下水结冰的问题,严重制约了 PEMFC商业化进程。因为燃料电池在零度以下环境工作时,水结冰的主要影响是堵塞多孔电极微孔,流场以及气体流道,延长低温启动时间,加速电池衰减。而综合现有的文献报道,对于如何提高燃料电池在零下环境的耐受性以及燃料电池性能已经有了较为充分的研究,而对于PEMFC低温启动的研究却还很匮乏,尤其是低温启动过程中的热量传递及衰减情况,因此,针对质子交换膜燃料电池开展零度以下保存与启动的研究工作具有重要的现实意义。质子交换膜燃料电池低温启动过程中的热量传递是影响其是否启动成功的关键因素。本文首先通过热量守恒定律对电极活性面积为270cm2的五节金属板燃料电池的比热容、散热系数进行了测定,用以对燃料电池低温启动过程中伴随着的热量关系进行简单估算,进一步从理论上得到了质子交换膜燃料电池低温启动的可行性。其次,利用氢泵方法对质子交换膜燃料电池(PEMFC)0℃以下的环境启动进行了探究。通过考察不同环境温度对于氢泵启动的影响以及不同氢泵强度对于燃料电池低温启动的影响发现:在膜电极氧化电位之内,氢泵强度的高低决定了燃料电池低温启动的速度的快慢,而在相同的氢泵强度下,合理的增加air/H2流量,低温启动速度也会得到提高,并在此基础上成功实现了-30℃的低温启动。最后,考察了氢泵冷启动方法对于电池性能及结构的影响。主要利用氢泵方法在-20℃环境中多次启动电池并对其进行衰减测试,测试结果表明:氢泵冷启动方法不会对电池结构和性能造成影响,反而在氢泵作用下,电极表面的杂质得到有效去除,电池性能有所提高。而在低温启动过程中发现,传热较快的金属双极板在自启动方面更有优势,利用循环加载方式,成功突破燃料电池-20℃自启动成功。