[發明專利]一種增強燃料電池運行穩定性的方法

有效

• 申請號: 201910083093.1
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109786791B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 張瑋琦;蘇華能;馬強;朱新堅;吳瞾慧
• 申請（專利權）人: 江蘇乾景新能源產業技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/04858
• 分類號: H01M8/04858;H01M8/124
• 代理公司: 南京申云知識產權代理事務所(普通合伙) 32274
• 代理人: 邱興天

本發明公開了一種增強燃料電池運行穩定性的方法，屬于燃料電池技術領域。使燃料電池在高低不同的電流下交替運行，與傳統的恒電流運行方式相比，在電力輸出能力不變的前提下，能夠降低摻雜酸的流失，有效減緩電池性能衰減，顯著延長燃料電池運行壽命。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種增強燃料電池運行穩定性的方法。

背景技術

燃料電池是一種將燃料中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，它不受卡諾循環限制，具有較高的轉化率，以其能量密度高、低污染等優點成為未來理想的動力能源。其中聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)工作溫度低、啟動快、比功率高，結構簡單、可靠性高、真正實現“零排放”，是目前公認的便攜式電源、新能源汽車、固定發電站等的首選發電能源。然而實際應用時卻面臨著燃料需要重整凈化、水熱管理困難、結構復雜和成本高昂等問題。

提高運行溫度被認為是解決目前聚合物電解質膜燃料電池面臨主要問題的理想途徑。與傳統的低溫膜燃料電池(LT-PEMFC)相比，高溫膜燃料電池(HT-PEMFC)運行溫度是120～200 ℃，在這個溫度區間，催化劑具有更高的活性和抗CO中毒能力，因此可以直接采用甲醇，乙醇，天然氣等燃料重整制取的非純氫氣為燃料。這樣不僅可以簡化燃料重整反應器的構造和運行，還有可能進行電池堆和燃料重整反應器的系統一體化設計和開發。同時，高溫膜燃料電池產生的余熱具有較高的回收價值，便于系統整體效率的提高。此外，由于非水的質子傳導機理，高溫膜燃料電池不需要對反應氣體進行任何加濕處理，從而消除了低溫質子交換膜燃料電池系統中的復雜的水管理環節，從根本上簡化了燃料電池系統的運行和管理。然而，高溫膜燃料電池運行穩定性較差，在運行過程中性能下降較快，這是限制其商業化的一個關鍵因素。

目前，摻雜酸的高溫聚合物電解質膜燃料電池以摻雜酸為電解質，主要作用是傳導質子。在常規的恒電流運行過程中，HT-PEMFC性能衰減明顯。經過研究發現，HT-PEMFC在恒電流運行過程中摻雜酸大量流失是導致其性能衰減的主要原因之一。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種增強燃料電池運行穩定性的方法。本發明采用在高低電流密度下交替運行的方法，相較于傳統的恒電流運行模式，在電力輸出能力不變的前提下，有效減緩了電池的性能衰減，顯著延長了電池壽命。

技術方案：為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種增強燃料電池運行穩定性的方法，在保證燃料電池電力輸送能力不變的前提下，使燃料電池在高低不同的電流下交替運行，有效減少摻雜酸流失。包括以下過程：步驟S1，調整負載，使單電池在較低的電流密度下放電；步驟S2，調整負載，使單電池在較高的電流密度下放電；步驟S3，以步驟S1和S2為一個循環重復運行。

優選的，所述單電池在低電流密度運行時的電流密度為0.05～0.5A·cm^-2，持續放電時間為0.5～10分鐘。

優選的，所述單電池在高電流密度運行時的電流密度為0.5～1A·cm^-2，持續放電時間為 0.5～10分鐘。

優選的，所述燃料電池為摻雜酸的高溫聚合物電解質膜燃料電池。

優選的，所述摻雜酸為磷酸、硫酸、甲磺酸聚乙烯基磷酸、三氟烷基磺酸中的一種或兩種以上的混合酸；所述膜為聚苯并咪唑及其衍生物、聚苯并咪唑-聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亞胺、聚酰亞胺-聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮-聚苯并咪唑復合膜中的任意一種。

有益效果：與現有的技術相比，本發明的優點包括：

本發明采用在高低電流密度下交替運行的方法，相較于傳統的恒電流運行模式，在電力輸出能力不變的前提下，降低摻雜酸的流失，有效減緩了電池的性能衰減，顯著延長了電池壽命。

附圖說明