[發明專利]一種質子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法

有效

• 申請號: 202110704906.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113540524B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉浩;陳劍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04537
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種質子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇全新的質子交換膜燃料電池，測量在額定負載和標準運行條件下燃料電池的運行性能參數，根據燃料電池的運行性能參數建立質子交換膜燃料電池的半機理電壓模型；

2)在標準運行條件下，測量燃料電池不同老化階段的極化曲線，使用半機理電壓模型對不同老化階段的極化曲線進行擬合，得到不同老化階段對應的電壓模型辨識參數，根據不同老化階段對應的電壓模型辨識參數，計算在額定負載下燃料電池在不同老化階段中的電壓總極化損耗以及活化損耗與滲透損耗之和、總歐姆損耗與總濃度損耗；

3)根據燃料電池在不同老化階段中的電壓總極化損耗以及活化損耗與滲透損耗之和、總歐姆損耗與總濃度損耗，利用傳輸線模型分別計算燃料電池在不同老化階段中各個部件導致的電壓損耗；

4)將額定負載下燃料電池在不同老化階段中各個部件導致的電壓損耗與對應老化階段的電壓總極化損耗進行相除，計算獲得不同老化階段中各個部件導致的電壓損耗占比并作為在不同老化階段下各個部件的老化量化結果，從而判斷燃料電池整體的老化狀態并對燃料電池進行處理。

2.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法，其特征在于，所述步驟1)中質子交換膜燃料電池的半機理電壓模型通過公式進行設置：

E_cell＝E_ner-η_act+cross-η_ohmic-η_con

其中，E_cell表示單片燃料電池的電池電壓，E_ner表示單片燃料電池的能斯特電壓，η_act+cross表示單片燃料電池的活化損耗與滲透損耗之和，η_ohmic表示單片燃料電池的總歐姆損耗，η_con表示單片燃料電池的總濃度損耗。

3.根據權利要求2所述的一種質子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法，其特征在于，

所述單片燃料電池的活化損耗與滲透損耗之和η_act+cross通過以下公式進行設置：

其中，A_c表示陰極的活化常數，i_cross表示滲透電流密度，i表示額定負載電流密度，常數10是單位轉換因子，f表示催化劑粗糙度因子，滿足f＝ECSA×L_pt，ECSA是鉑催化劑的電化學表面積，L_pt表示陰極的鉑負載量，i_0,c表示陰極交換電流密度；表示標準運行條件下陰極氧氣的參考分壓，T^ref表示燃料電池的參考運行溫度，表示在和T^ref運行條件下陰極交換電流密度的參考值，p_O2表示陰極的氧氣分壓，γ_c表示氧氣還原反應的反應階數，E_act,c表示氧氣還原反應的活化能量；R表示理想氣體常數；T表示燃料電池運行溫度；

所述單片燃料電池的總歐姆損耗η_ohmic通過以下公式進行設置：

η_ohmic＝iR_ohmic

其中，R_ohmic表示總歐姆電阻，R_m表示質子交換膜的質子傳輸電阻，表示陰極催化層的有效質子傳輸電阻，R_ct表示雙極板與氣體擴散層之間的接觸電阻；

所述單片燃料電池的總濃度損耗η_con通過以下公式進行設置：

其中，B_c表示陰極的濃度常數，i_lim表示限制電流密度。