[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池堆通用活化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010562724.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111769308A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯向理;裴昱;涂序國(guó);時(shí)丕宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江高成綠能科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04223
• 分類號(hào): H01M8/04223;H01M8/04119;H01M8/04089;H01M8/04082
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 趙衛(wèi)康

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種質(zhì)子交換膜燃料電池堆通用活化方法，所述活化方法首先檢查質(zhì)子交換膜燃料電池堆氣密性，設(shè)置燃料電池堆工作溫度；之后將質(zhì)子交換膜燃料電池堆陰極接在負(fù)載的負(fù)極，陽(yáng)極接在負(fù)載的正極，在質(zhì)子交換膜燃料電池堆陽(yáng)極通入潤(rùn)濕的空氣，陰極通入潤(rùn)濕的氫氣；最后將電子負(fù)載調(diào)至恒流模式，加載質(zhì)子交換膜燃料電池堆，穩(wěn)定運(yùn)行10～60 min。本發(fā)明所述活化方法簡(jiǎn)單便捷，與傳統(tǒng)的恒流自然活化方法相比，活化時(shí)間大大縮短，能夠滿足電堆批量化生產(chǎn)需求，且不需要消耗大量的氫氣，成本顯著降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池堆通用活化方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種不需要經(jīng)過(guò)燃燒而將燃料中的貯存的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、質(zhì)量輕、體積小等特點(diǎn)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型動(dòng)力源。以氫氣作為燃料，PEMFC的電極反應(yīng)如下所示：

陽(yáng)極：H₂→2H⁺+2e^-

陰極：1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O

從電極反應(yīng)可以看出，在PEMFC中氫氣通入陽(yáng)極流道，在催化劑的作用下解離為質(zhì)子和電子，質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)電池的陰極，電子則經(jīng)過(guò)集流板收集，對(duì)外電路做功；氧氣通過(guò)氣體擴(kuò)散層到達(dá)陰極催化側(cè)表面，在催化劑的作用下，氧氣與通過(guò)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子、外電路電子結(jié)合生成水，放出大量熱。

一般燃料電池堆在完成組裝之后，需要在給定條件下進(jìn)行活化處理，這種活化處理也稱為“預(yù)處理”或“磨合”，通過(guò)活化處理提前構(gòu)建物質(zhì)傳輸通路以及提高催化劑活性，以使質(zhì)子交換膜燃料電池工作時(shí)能快速達(dá)到最佳性能。目前燃料電池活化方法有恒流自然活化、恒流強(qiáng)制活化以及變流強(qiáng)制活化，其中恒流自然活化應(yīng)用比較普遍，該方法是在電池堆的陰陽(yáng)極分別通氧氣和氫氣后，在恒流模式下對(duì)電堆加載電流，通過(guò)在高電流條件下的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行達(dá)到活化的目的。傳統(tǒng)的恒流自然活化法需要消耗大量氫氣及額外增濕裝置，成本高，并且需要較長(zhǎng)的活化時(shí)間（通常超過(guò)4 h），大大影響電堆批量化生產(chǎn)的效率。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種質(zhì)子交換膜燃料電池堆通用活化方法，通過(guò)本發(fā)明能使質(zhì)子交換膜燃料電池堆的快速完成活化過(guò)程，同時(shí)不需要消耗大量的氫氣，從而降低活化成本。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種質(zhì)子交換膜燃料電池堆通用活化方法，包括以下步驟：

S1：檢查質(zhì)子交換膜燃料電池堆氣密性，設(shè)置燃料電池堆工作溫度，溫度范圍為40～80℃；

S2：將質(zhì)子交換膜燃料電池堆陰極接在負(fù)載的負(fù)極，陽(yáng)極接在負(fù)載的正極，在質(zhì)子交換膜燃料電池堆陽(yáng)極通入潤(rùn)濕的空氣，陰極通入潤(rùn)濕的氫氣；

S3：將電子負(fù)載調(diào)至恒流模式，加載質(zhì)子交換膜燃料電池堆，穩(wěn)定運(yùn)行10～60 min。

優(yōu)選的，步驟S2中通入的空氣相對(duì)濕度范圍為60%～100%，通入的氫氣相對(duì)濕度范圍為60%～100%。

優(yōu)選的，步驟S2中通入的空氣計(jì)量比設(shè)定在3.5～4.5，通入的氫氣計(jì)量比設(shè)定在1.5～2.5。

優(yōu)選的，步驟S2中通入空氣和氫氣計(jì)量比分別設(shè)定為4和2。

優(yōu)選的，步驟S3中所述加載質(zhì)子交換膜燃料電池堆的電流密度范圍為10mA/cm²-1000 mA/cm²。

本發(fā)明具有以下有益效果：