如何精准测量PEMFC高湿尾气中CO₂ ？试试这个新方案！

本案例采用HORIBA VA-5000系列多组分气体分析仪VA-5011型与专用气体处理单元联用方案，实现质子交换膜燃料电池（PEMFC）高湿尾气中CO2的精准测量。在单电池电压循环测试中，该系统将尾气露点从80℃降至-7℃，在此次测试中捕捉到了10–250 ppm的CO2实时信号，实现排放与电压步骤精准对齐，为碳腐蚀评估提供可靠依据。

在PEMFC耐久性测试中，碳载体腐蚀是性能衰退的关键机理。尤其在启停、动态负载等工况下，碳腐蚀情况加剧，易导致结构塌陷、传质恶化及铂颗粒迁移，严重制约电堆的寿命与可靠性。相比电压指标，CO2分析技术通过实时分析PEMFC尾气中的CO2浓度与排放速率，量化碳腐蚀强度与累积损失，支撑启停策略优化、AST评估、材料筛选及异常工况预警，为研发与工程闭环提供核心数据。

为何采用HORIBA集成方案在线分析CO2？

在PEMFC高温高湿尾气测量中，常规CO2在线分析仪容易受水汽干扰，还存在痕量CO2不易捕捉、瞬态响应不足、流量压力波动影响精度等问题。

HORIBA集成方案以VA-5000系列多组分分析仪和专用气体处理单元为核心，通过全程加热采样管线防止冷凝，减少CO2溶解损失；并采用膜式干燥器选择性去除水分，避免干扰因素。VA-5000采用非分散红外吸收法，可连续实时监测CO2，检测限低至ppb级，响应时间最快低于30秒，配合前处理单元，实现了高湿条件下微量CO2的快速、稳定、高精度监测。

VA-5000系列多组分气体分析仪和专用气体处理单元

实 验 过 程

本方案在某知名车企燃料电池测试台进行实地验证，对单电池电压循环碳腐蚀评估过程进行全程监测。

样气处理单元除湿结果验证

在电池运行条件（阳极：0.8 L/min N2，Td 80℃加湿；阴极：0.8 L/min N2，Td 80℃加湿）下，采用维萨拉HMT338露点仪（探头温度25.3℃）进行测量。原始尾气露点为80℃，经预处理后尾气露点为-7℃。

该结果表明，针对露点80℃的高湿尾气，样气处理单元提供高效除湿及稳定的流量/压力控制，保障VA-5011在低ppm量级CO2信号下具备良好的稳定性与重复性，适用于捕捉电压循环过程中的CO2动态波动。

测试用露点仪

CO2实时浓度测定

CO2实时浓度（ppm 级别）是表征碳腐蚀相关CO2生成强度与变化过程的核心指标。在电压循环测试中，本系统成功捕捉到约10–250ppm的CO2浓度信号，展现出优异的除湿能力与采样流量稳定性，有效保障了低ppm量级数据的可信度与可重复性。

利用该指标，用户可以：

①建立CO2实时曲线、峰值与峰面积等关键指标，实现对碳腐蚀强度与发生时段的量化评估。

②实现与电堆电压、电流、气体流量、启停步骤等参数的时间对齐，精准定位碳腐蚀的触发条件与敏感工况窗口，便于“工况—排放”关联分析。

CO₂ 测量浓度

结 论

针对客户现场湿热尾气与工况波动的实际需求，HORIBA定制开发了专用气体处理单元并集成多组分气体分析仪VA-5000系列VA-5011型，构建了完整的CO2监测系统。在此次电压循环测试中，该系统稳定捕捉10–250 ppm的CO2信号，展现出优异的除湿性能与稳定的采样流量，在测量ppm量级CO2时仍能确保数据精准可靠。

实 验 仪 器

VA-5000

多组分气体分析仪

VA-5000系列单台仪器即可完成最多 4 种气体成分（CO、CO2、SO2、NO、NO2、CH4、O2）的同步分析。仪器响应迅速、量程宽广，显著提升实验室工作效率，让气体分析真正实现“一步到位”。机身设计紧凑，仅占19英寸机柜3格高度，轻松适配空间有限的实验室环境，广泛应用于燃料电池研究、催化剂评价、温室气体模拟、燃气具性能优化等领域。