[發明專利]一種燃料電池快速活化方法

有效

• 申請號: 202110394494.6
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113097538B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 周鴻波;郭志陽;陸建山;王勃
• 申請（專利權）人: 金華氫途科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04223
• 分類號: H01M8/04223;H01M8/04313;H01M8/04746;H01M8/04858
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 張榮鑫

本發明提出了一種燃料電池快速活化方法，包括如下步驟：S1、電堆氣密性測試；S2、氮氣吹掃；S3、通入反應氣體；S4、預活化；S5、降壓?升壓循環活化；S6、完成活化。本發明首先通過氮氣吹掃陰陽極管路，充分排出管路中的氣體，避免陽極出現氫空界面導致不可逆損傷；然后通入加濕的燃料和氧化劑，維持較高的開路電壓，可除去陰極催化層表面在膜電極制備過程中引入的雜質；通過恒流加載，在高電流下運行，可使反應生成的水快速增濕膜電極；通過在高電流下降壓?升壓循環，實現電堆平均單節電壓在高低電位間的循環，從而還原陰極催化層表面的氧化層同時快速形成穩定的電子、離子、氣體和液體的傳輸通道，實現燃料電池電堆的快速活化。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別涉及一種燃料電池快速活化方法。

背景技術

燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學能通過電極上的電催化反應直接轉化為電能的發電裝置。聚合物電解質膜燃料電池（polymer electrolyte membrane fuelcell，PEMFC）通常具有高功率密度和能量效率，短的啟動時間和對負載變化的迅速響應。PEMFC主要由雙極板、膜電極和固定端板組成，而電堆輸出功率極大取決于膜電極的輸出性能。制備的新膜電極一般性能較差，主要的原因：①傳輸通道（陽極燃料傳輸到催化層、陽極產生的質子傳輸到陰極、陽極產生的電子傳輸到陰極）的受阻；②質子膜較干，影響質子傳輸；③膜電極制造過程中引入的雜質；④催化層的氧化等是造成新膜電極性能低的主要原因。因此組裝的新膜電極的燃料電池電堆需要進行活化，使電堆性能達到最大。膜電極的活化進行如下：①電解質膜和電極中包括的電解質充分水合，優化電子、離子、氣液的傳輸通道；②除去使催化劑中毒的材料；③除去包覆在催化劑表面的氧化層。一般傳統常用的電堆活化工藝時間較長，一般12-48h，并且需要消耗大量氫氣導致成本較高。

中國專利CN110911714A公開了一種質子交換膜燃料電池電堆的活化方法：步驟為：①檢查質子交換膜燃料電池堆的氣密性；②在質子交換膜燃料電池堆陽極通入氫氣，陰極通入空氣，在恒壓模式下，逐步降低質子交換膜燃料電池堆電壓，并保持5~10 min；③對質子交換膜燃料電池堆進行降溫；④重復步驟二、步驟三3~5次后陽極停止進氣；⑤在質子交換膜燃料電池堆陽極通入熱水，至質子交換膜燃料電池堆性能穩定。然而，所述活化方法在活化過程中通過降低電堆溫度降低電堆電壓，然而數百節的電堆溫度降低緩慢，對測試臺散熱要求較高，溫度一旦出現過低時，局部容易冷凝導致水淹，容易出現某單節或幾節電壓過低甚至反極，由于溫度響應較慢從而無法快速升高溫度，導致電堆不可逆損傷。

為了提高批量化電堆的生產需求和成本降低，并且得到具有良好的電化學性能輸出的燃料電池電堆，因此迫切需要開發活化時間短、工藝簡單、條件溫和、氫氣消耗量低的電堆活化方法

發明內容

本發明的目的在于克服批量化生產的電堆需求以及降低用氫成本而提供一種燃料電池電堆高效活化方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本申請公開了一種燃料電池快速活化方法，包括如下步驟：

S1、電堆氣密性測試：檢測燃料電池電堆氣密性是否滿足氣密性指標；若是，進入下一步；若否，進行電堆返修；

S2、氮氣吹掃：向待活化的電堆的陽極和陰極通入氮氣進行電堆吹掃；

S3、通入反應氣體：通氣吹掃完成后，切換反應氣源，陽極通入加濕的燃料，陰極通入加濕的氧化劑，使電堆處于開路狀態，直到平均單節開路電壓到達0.95~1.0V，維持1~5min；

S4、預活化：開啟負載，選擇恒流加載模式，逐漸提升電流，同時逐步提升陽極和陰極的入口壓力，直到激活電壓為V1，所述V1為0.6~0.7V，陰極入口壓力80~120kPa，陽極維持高于陰極10~20kPa的入口壓力，恒定運行電流運行20~60min，完成對燃料電池電堆進行預活化；