用于加速燃料电池堆的活化的方法技术

本发明专利技术提供了用于加速燃料电池堆的活化的方法。该方法可以缩短燃料电池堆的活化时间并减少使用的氢气的量。该方法包括将高电流施加至燃料电池堆规定量时间的过程和将氢气泵送至空气电极反应面规定量时间的停机保持过程。

Method for accelerating activation of fuel cell stack

The invention provides a method for accelerating the activation of a fuel cell stack. The method can shorten the activation time of the fuel cell stack and reduce the amount of hydrogen used. The method includes a process for applying a high current to a predetermined amount of time of a fuel cell stack and a stopping and holding process for delivering a hydrogen gas pump to a quantitative time of an air electrode reaction surface gauge.

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及用于加速燃料电池堆(燃料电池组，fuel cell stack)的活化的方法。更具体地，本公开内容涉及可以减少燃料电池堆的活化时间和使用的氢气的量的用于加速燃料电池堆的活化的方法。
技术介绍
燃料电池堆具有其中堆叠几十至几百个单元电池的结构。每个单元电池包括使氢阳离子(质子)移动的聚合物电解质膜。将空气电极(阴极(正极，cathode))和燃料电极(阳极(负极，anode))施加至电解质膜的两个表面作为催化剂层，使得氢气可以与氧气反应。气体扩散层堆叠在空气电极和燃料电极的外侧。双极板堆叠在气体扩散层的外侧以供应燃料并通过流体通道(流动通道，flow channel)排放水。在燃料电池堆装配之后的初始运行过程中，在电化学反应中降低了燃料电池堆的活性。因此，必须进行堆活化处理以便使初始性能最大化。这种堆活化处理也称为“预处理(pre-conditioning)”或“磨合(break-in)”，其使没有反应的催化剂活化并且通过充分水合包含在电解质膜和电极中的电解质来确保氢离子通道。为了使燃料电池堆在装配后显示正常性能，进行堆活化处理以确保三相电极反应区域，从聚合物电解质膜或电极中去除杂质，并改善聚合物电解质膜的离子导电性。例如，在用于堆活化的传统方法中，将高电流密度(1.2或1.4A/cm2)放电规定量时间(分钟)的过程和其中在停机状态下进行脉冲放电规定量时间的过程重复几十次。然而，通过脉冲放电的活化处理具有的问题在于，其中使用的氢气的量以及处理时间增加。为了解决这种问题，已经提出了使用真空湿润(vacuum wetting)的用于活化燃料电池堆的方法。在使用真空湿润用于活化燃料电池堆的方法中，将高电流密度放电的过程和其中在燃料电池堆中在停机状态下产生真空的真空湿润过程可替换地重复多次至几十次。与仅使用现有的恒定电流或电位进行的活化方法相比，以上方法可以减少活化所需的时间和使用的氢气的量，但是由于用于堆活化的活化设备(包括电子负载)的局限性，在必须使用活化设备过程中的时间量相对较长。因此，在将来燃料电池堆的生产增长时，由于活化设备的局限性，堆活化可以延迟燃料电池堆的生产时间。因此，对于可以加速燃料电池堆的活化时间并且同时减少用于活化的氢气的量以便为燃料电池车辆的大规模生产准备的活化处理，存在需要。在该
技术介绍
部分中公开的上述信息仅为了增强对本专利技术
技术介绍
的理解，并且因此它可能包含并不形成在本国对于本领域普通技术人员已经已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开内容已经致力于解决与现有技术相关的上述问题。在一个方面中，本公开内容提供了用于加速燃料电池堆的活化的方法，该方法通过加速包括高电流密度放电过程和停机过程的真空脉冲活化
处理，可以进一步减少燃料电池堆的活化时间，从而减少用于活化的氢气的量。根据本专利技术构思的示例性实施方式，提供了用于加速燃料电池堆的活化的方法，其中使将高电流(强电流，high current)施加至燃料电池堆规定量时间的过程和将氢气泵送至空气电极反应面规定量时间的停机保持过程(停工维修过程，shutdown maintenance process)重复多次。将高电流施加至燃料电池堆的过程和将氢气泵送至空气电极反应面的停机保持过程在堆活化的初始阶段中可以进行较短的时间段，并且然后在堆活化的随后阶段中通过逐渐增加时间进行较长的时间段。将高电流施加至燃料电池堆的过程和将氢气泵送至空气电极反应面的停机保持过程在堆活化的初始阶段中可以进行3至5秒，并且然后在堆活化的随后阶段中通过逐渐增加时间进行65至75秒。所述停机保持过程可以包括：在燃料电池堆的停机状态下切断至空气电极的氧气供应并且同时将氢气供应至燃料电极的过程，其中在燃料电极中将氢气离解成氢阳离子和电子的反应过程(H2→2H++2e-)，以及其中将解离的氢离子通过电解质膜传输至空气电极并同时与通过外部导线(external conducting wire)传输至空气电极的电子键合以在空气电极中产生氢气的反应过程(2H++2e-→H2)。可以将氢气通过停机保持过程泵送至空气电极使得形成氢还原气氛，并且可以在将规定的负载持续地(恒定地，constantly)施加至燃料电池堆时通过氢还原气氛从包含在空气电极中的铂表面去除氧化物。在停机保持过程中，可以使用其中以比阈值压力更高的压力供应氢气的氢气加压方法以便去除残留在空气电极中的氧气。应理解的是，如在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括广义的机动车辆，如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆(passenger automobile)；包括各种艇和船的水运工具；航空器等，并且包括混合动力车辆(hybrid vehicle)、电动车辆、插入式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicle)、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆(例如，源自除了石油之外的资源的燃料)。如在本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。在下文中讨论本专利技术的上述和其它特征。附图说明现在将参照在附图中示出的本公开内容的一些示例性实施方式详细地描述本公开内容的上述和其他特征，在下文中仅通过说明的方式给出了附图，因此并不限制本公开内容。图1是比较根据本专利技术构思实施方式的用于加速燃料电池堆的活化的方法以及传统活化方法中的活化期间电池平均电压的图。图2是比较根据本专利技术构思实施方式的用于加速燃料电池堆的活化的方法以及传统活化方法中停机电压的图。图3和4是示出了根据本专利技术构思实施方式的用于加速燃料电池堆的活化的方法和传统活化方法中活化时间和氢气还原效果的图。应当理解的是，附图不必按比例，呈现了说明本专利技术的基本原理的各种特征的某种程度的简化表示。将通过特定的预期应用和使用环境来部分确定如本文所公开的本公开内容的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状。在图中，参考数字是指贯穿附图的几幅图的本公开内容的相同或等效部件(部分)。具体实施方式在下文中，现在将详细地提及本专利技术构思的各种实施方式，在附图中示出了并且在下面描述了本专利技术构思的实例。尽管将结合示例性实施方式描述本专利技术，然而将理解的是，本说明书并不旨在将本专利技术限于那些示例性实施方式。相反，本专利技术旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的各种替换、修改、等价物和其他实施方式。本公开内容目的在于在将燃料电池堆安装至预定的活化设备之后，重复将高电流施加至燃料电池堆的过程以及使燃料电池堆停机的过程，并在停机区域(停机部分，shutdown section)中引入将氢气泵送至燃料电池堆的空气电极反应面的过程以便迅速活化燃料电池堆。即，本公开内容可以通过将高电流施加至燃料电池堆规定量时间，并且然后通过将氢气泵送至空气电极反应面的停机区域引入过程(停机部分引入过程，shutdown section introduction process)重复多次规定量时间，快速活化燃料电池堆。通过根据燃料电池堆的活性(％)分开地施加高电流保持时间和停机保持时间可以进一步缩短活化所需的总时间并进一步减少使用的氢气的量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加速燃料电池堆的活化的方法，其中，使将高电流施加至所述燃料电池堆规定量时间的过程和将氢气泵送至空气电极反应面规定量时间的停机保持过程重复多次。

【技术特征摘要】
2015.05.15 KR 10-2015-00678931.一种用于加速燃料电池堆的活化的方法，其中，使将高电流施加至所述燃料电池堆规定量时间的过程和将氢气泵送至空气电极反应面规定量时间的停机保持过程重复多次。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述高电流施加至所述燃料电池堆的过程和将所述氢气泵送至所述空气电极反应面的所述停机保持过程在燃料电池堆活化的初始阶段中进行较短的时间段，并且然后在燃料电池堆活化的随后阶段中通过逐渐增加时间进行较长的时间段。3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述高电流施加至所述燃料电池堆的过程和将所述氢气泵送至所述空气电极反应面的所述停机保持过程在燃料电池堆活化的初始阶段中进行3至5秒，并且然后在燃料电池堆活化的随后阶段中通过逐渐增加时间进行65至75秒。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述停机保持过程包括：在所述燃料电池堆的停机状态中切断至空气电极的氧气供应并将氢气供应至燃料电极的过程；反应过程H2→2H++2e-，其中在所述燃料电极中将氢气解离成氢阳离子和电子；以及反应过程2H++2e-→H2，其中将解离的所述氢阳离子通过电解质膜传输至所述空气电极并再次与通过外部导线传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋炫硕，李盛根，全大槿，申焕秀，李在爀，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR