[發明專利]一種高效原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的方法

有效

• 申請號: 202111131874.7
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113871633B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 張小樂;徐晨曦;蘇建徽;賴紀東;杜燕
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

本發明公開了一種高效原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的方法。首先在催化劑漿料中添加碳和造孔劑等材料，然后將漿料超聲噴涂至質子交換膜兩側，并在兩側附上氣體擴散層，得到膜電極。通過以下步驟進行活化：(1)將膜電極組裝成單電池，電池溫度為20～90℃，陰陽極相對濕度為20～100％，氫氣和空氣化學計量分別為1.0～4.0和1.0～5.0；(2)分別將電池電壓控制在0.8～0.9V、0.5～0.8V和0.3～0.5V，持續時間分別為0.5min～3min、0.5min～5min和0.5min～5min；(3)循環步驟(2)2～8次。本發明通過電壓循環和添加碳和造孔劑等材料，優化了膜電極的三相界面，提高了水、氣和電子的擴散和傳輸，縮短了膜電極的活化時間。相比于傳統活化方法，原位活化工藝簡單、時間短、效率高。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種高效原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的方法。

背景技術

燃料電池是一種將化學能轉換為電能的裝置，需要在電池組裝完成后進行活化才能達到最佳的性能的狀態。傳統的活化方式主要是恒流活化和變流強制活化，活化的時間需數小時，同時氫氣的消耗較大，阻礙了燃料電池商業化發展。因此如何改進燃料電池的活化工藝，縮短活化的時間，提高活化的效率，是推進燃料電池商業化發展的重要影響因素之一。

發明內容

本發明旨在提供一種操作簡單、可降低電池活化時間、提高活化效率的質子交換膜燃料電池膜電極快速活化的方法。

本發明采用如下技術方案：

一種高效原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的方法，該原位活化方法是將膜電極組裝成單電池，并檢測其氣密性，隨后通入氫氣和空氣并對電池的輸出電壓進行高低循環以達到原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的目的。

進一步地，該膜電極是通過噴涂所制備的，噴涂所用的漿料包括：催化劑、溶劑和全氟磺酸樹脂溶液，所述溶劑為去離子水和低脂醇；任選地親水材料、疏水材料、碳材料、造孔劑和/或抗反極催化劑。

優選地，所述催化劑為Pt/C、PtCo/C、PtNi/C、PtCoMn/C中的一種或多種。

優選地，所述低脂醇為乙醇、異丙醇、正丙醇、乙二醇中的一種或多種。

優選地，所述親水材料包括SiO₂、Al₂O₃、交聯聚乙烯醇、硅鋁纖維中的一種或多種。

優選地，所述疏水材料為FEP、PTFE、PFA、PFPE中的一種或多種。

優選地，所述造孔劑為草酸、碳酸氫銨、碳酸銨、氯化銨中的一種或多種。

優選地，所述抗反極催化劑為IrO₂、PtRu/C、PtIr/C、RuO₂、RuO₂-IrO₂、RuO₂-TiO₂中的一種或多種。

優選地，所述碳材料為碳納米管、乙炔黑、科琴黑、氧化石墨烯、石墨烯、碳納米角、石墨、活性炭中的一種或多種。

優選地，所述全氟磺酸樹脂溶液為DE2020、IC100、IC154、D79-25BS、D83-24BS中的一種或幾種。

進一步地，所述輸出電壓為0.8～0.9V、0.5～0.8V和0.3～0.5V，每個電壓的持續時間為0.5min～5min。

本發明采取的步驟具體如下：