[發明專利]一種商業化大面積燃料電池電堆的活化方法

有效

• 申請號: 202110327702.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN112928309B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 夏冬冬;張超;管俊生;王文智;陶安文;戴俊
• 申請（專利權）人: 蘇州弗爾賽能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04223
• 分類號: H01M8/04223;H01M8/04298
• 代理公司: 蘇州睿昊知識產權代理事務所(普通合伙) 32277
• 代理人: 馬小慧

本發明公開了一種商業化大面積燃料電池電堆的活化方法，包括以下步驟：將電堆的陰陽極進氣通道，灌滿去離子水；清空去離子水，通入相對濕度100％的N₂；停止進N₂后，通入氫氣和空氣，在低電密及低工作溫度下運行，進行激活電堆；待電堆激活后，設置電堆的活化運行條件；對燃料電池進行連續變電流強制活化，將電堆從開路以恒定的速率拉載電流至預先設定的電流值，在預先設定的電流值下，電堆運行一段時間后，再以恒定的速率降載電流至電堆恢復開路狀態；重復變電流過程，直到電堆的平均電壓和單體極值電壓差的變化值趨于穩定，活化完成。本發明可重復性操作，批量測試生產，以彌補現有的商業化大面積質子交換膜燃料電池電堆活化方法的缺少。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及一種商業化大面積燃料電池電堆的活化方法。

背景技術

燃料電池電堆是由多個單電池串聯起來，兩端加上集流板和端板后用螺栓或捆綁的方式組裝而成。當燃料電池電堆完成組裝后，需要對它進行活化處理，才能達到車用的最佳狀態。經過活化處理，電堆的性能會逐步上升，后達到平衡，也就意味著活化過程的結束。電池電堆活化過程和機理非常復雜，目前廣泛認為活化過程，包含以下幾個過程的建立：質子交換膜的加濕過程；物質(包含電子、質子、氣體、水)傳輸通道的建立過程；電極結構的優化過程；提高催化劑的活性和利用率(主要是陰極Pt)。

目前常用的燃料電池活化方法主要有以下三種工藝：1、恒流自然活化；2、恒流強制活化；3、變流強制活化。恒流自然活化和恒流強制活化所采用的電流密度、電池溫度和氣體壓力較低，通過長時間恒電流放電進行活化，活化時間較久且長時間活化會消耗大量氫氣以及額外的增濕裝置，增加了成本的同時不利于連續化批量生產。目前現有的變流強制活化方法，主要是面向小面積的單電池的活化方法或者面向電池節數較少的短堆，對于商業性化的大面積大功率燃料電池堆，缺少一種對電堆的可批量快速活化的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種商業化大面積燃料電池電堆的活化方法，可重復性操作，批量測試生產，以彌補現有的商業化大面積質子交換膜燃料電池電堆活化方法的缺少。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種商業化大面積燃料電池電堆的活化方法，包括以下步驟：

S1：將質子交換膜燃料電池電堆的陰陽極進氣通道，灌滿去離子水；

S2：清空去離子水，通入相對濕度100％的N₂對電堆進行吹掃；

S3：停止進N₂后，通入氫氣和空氣，在低電密及低工作溫度下運行，進行激活電堆；

S4：待電堆激活后，根據電堆條件敏感性實驗設置電堆的活化運行條件；

S5：在活化條件下，對燃料電池進行連續變電流強制活化，將電堆從開路以恒定的速率拉載電流至預先設定的電流值，在預先設定的電流值下，電堆運行一段時間后，再以恒定的速率降載電流至電堆恢復開路狀態；

S6：重復步驟S5，直到每次拉載至預先設定的電流值時，電堆的平均電壓和單體極值電壓差的變化值趨于穩定，則活化完成。

作為本發明的進一步改進，還包括以下步驟：

S7：電堆完成活化后,在步驟S4活化運行條件下，電堆以恒定的速率進行連續強制升電流，直至電堆平均電壓小于等于0.6V或單體極值電壓差大于等于40mV，則將電堆運行條件調整至峰值功率測試條件，繼續以恒定的速率進行連續強制升電流，直至電堆平均電壓小于等于0.6V或單體極值電壓差大于等于40mV，再以恒定的速率降載電流至開路狀態；

S8：重復步驟S7中峰值功率測試條件下運行步驟，直至電堆平均電壓小于等于0.6V或單體極值電壓差大于等于40mV時，電堆的電流值無法再繼續拉升為止，得到電堆最大峰值功率。