[發明專利]一種質子交換膜燃料電池的活化方法

在審

• 申請號: 201611133322.9
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN108232243A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王素力;孫瑞利;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04223;H01M8/04828;H01M8/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供一種質子交換燃料電池的活化方法，包括于質子交換膜燃料電池陰極通入增濕氮氣，陽極通入增濕氫氣，檢查質子交換膜燃料電池氣密性；設置電池工作溫度；達到設置溫度后，持續保持陰極氮氣和陽極氫氣通入2?3h；將陰極通入氣體轉換為增濕的氧氣和/或空氣，對所述質子交換膜燃料電池進行極化性能測試和/或循環伏安法測試5?10次，再次將陰極通入氣體轉換為增濕氮氣，并保持10?20min；重復步驟四10?20次，至所述質子交換膜燃料電池極化性能保持穩定。所述活化方法簡單快速；通常可以在較短時間完成質子交換燃料電池活化，極大縮短有序電池活化時間；適用于活化有序質子交換燃料電池，也可用于多功率級別的質子交換燃料電池以及質子交換膜燃料電堆。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池的活化方法。

背景技術

因具有能量密度高、啟動快速、零污染等特點，質子交換膜燃料電池近些年受到國內外研究機構的廣泛關注。質子交換燃料電池包括膜電極、墊片和雙極板。其中墊片起到緩沖和固定作用；雙極板一般為帶有流場的石墨或金屬；膜電極由質子交換膜、陰陽極催化層和陰陽極擴散層組成。通過上述裝置組裝電極在一定氫氣和氧氣或空氣供應時便可以產生電能。

目前很多研究人員主要研究氣體、電子和質子有序傳質的膜電極并采用上述電極組裝質子交換膜燃料電池以降低催化劑成本和提高催化劑效率。質子交換膜燃料電池在組裝后不會直接使用，需要對電池活化以提高催化劑使用和效率以達到最佳工作點。然而采用有序膜電極組裝的質子交換膜燃料電池的活化方法，很少文獻和專利涉及。

發明內容

本發明的目的在于提供一種質子交換膜燃料電池的活化方法，本發明的方法可以簡潔快速地質子交換燃料電池至最佳狀態，可用于多功率級別的質子交換燃料電池以及質子交換膜燃料電池電堆。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種質子交換燃料電池的活化方法，包括以下步驟，

步驟一：將質子交換膜燃料電池置于測試平臺上，陰極通入增濕氮氣，陽極通入增濕氫氣，檢查質子交換膜燃料電池氣密性；上述步驟使得質子交換膜燃料電池在進行氣密性檢查的同時，對電極首先進行了預增濕；

步驟二：設置電池工作溫度為60-90℃；活化工程中電池溫度的設置與電池實際工作過程中設置的溫度相同，使催化劑在燃料電池工作溫度發揮最大活性，較少催化劑活化時間；

步驟三：在質子交換膜燃料電池達到設置溫度后，持續保持陰極氮氣和陽極氫氣通入2-3h；上述過程的目的是對電池進行進一步的增濕，使增濕的水能深入到有序化結構的膜電極內部；有序化結構膜電極催化層由有序載體和分布于有序載體表面的有序催化劑組成，有序催化劑呈現柱狀結構從而提高粗糙度，進而引起催化層不易增濕；

步驟四：將陰極通入氣體轉換為增濕氧氣或空氣，對所述質子交換膜燃料電池進行極化性能或者循環伏安測試5-10次后，再次將陰極通入氣體轉換為增濕氮氣，并保持10-20min；電池性能測試或循環伏安測試主要是為了對有序化膜電極中催化劑進行活化，同時反應產生水對催化劑進一步增濕，縮短電池活化時間；常有活化方法為小電流恒流活化，該方法僅保證催化劑在所測試電流下性能到達最優，無法保證催化劑在所有電流密度下的催化活性，而采用本專利所述方法可以保證催化劑各個電流密度活性，同時減少活化時間；

步驟五：重復步驟三和步驟四10-20次，至所述質子交換膜燃料電池極化性能保持穩定。重復上述步驟在于進一步增濕和活化催化劑；

所述增濕氮氣中的水蒸氣含量為70-100％；所述增濕氫氣中的水蒸氣含量為70-100％；所述增濕氧氣或空氣中水蒸氣含量為70-100％。

步驟一、步驟三和步驟四中陰極氮氣和陽極氫氣氣體流速的比1：1—10：1；步驟四中陰極空氣或氧氣與陽極氫氣氣體流速的比1：1—10：1；