一种降低MEA高频阻抗的方法及得到的燃料电池单电池堆技术

本发明专利技术公开了一种降低MEA高频阻抗的方法及得到的燃料电池单电池堆。所述降低MEA高频阻抗的方法包括如下步骤：(1)对燃料电池单电池堆的阴极和阳极分别进行润湿过程；(2)控制阴极和阳极的进气压强，向阳极和阴极分别通入燃料气体和空气，进行阶梯式增加电流密度的升载过程，以及阶梯式降低电流密度的降载过程。本发明专利技术通过将燃料电池经过一个升载和降载的过程，在短时间内可以快速降低MEA的高频阻抗，使得MEA的高频阻抗始终维持在48～50mΩ/cm

A method to reduce the high frequency impedance of MEA and the fuel cell stack

【技术实现步骤摘要】
一种降低MEA高频阻抗的方法及得到的燃料电池单电池堆
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种降低MEA高频阻抗的方法及得到的燃料电池单电池堆。
技术介绍
燃料电池是一种不经过卡诺循环、直接将燃料及氧化剂的化学能转换为电能并释放热的化学装置。燃料电池具有能量转换效率高、低污染、低噪声等优点，备受世界各国重视。尤其是车用领域，日本丰田、本田以及韩国现代已经公开出售(包含租赁)燃料电池商业乘用车，国内上海汽车集团也已经小批量出售燃料电池汽车。为满足燃料电池汽车商业化要求，燃料电池除了进一步提升性能要求，还必须具备良好的可靠性、长寿命以及低成本。而对于车用燃料电池电堆而言，MEA是发电的核心部件。MEA的性能高低决定了电堆输出性能的高低。因此，高性能、高稳定性的MEA是目前的主流方向，MEA在放电时，为了监测MEA内部水含量，高频阻抗是重要的参考参数，如CN109841879A和CN102282710A皆介绍了采用高频阻抗计算含水量的方式。CN1918739公开了一种用于燃料电池的薄膜，采用所述薄膜可以有效的降低燃料电池的阻抗，但是其制备成本较高，不适于工业化生产。以现阶段来看，大多数MEA厂家采用的是Gore的质子交换膜，其厚度在10～20μm之间，制备的单片MEA的阻抗在40～60mΩ/cm2。由于在电堆测试过程中，温度会超过60℃，MEA的阻抗随着电堆温度的改变而发生较大波动，甚至于高于60mΩ/cm2，这样会降低MEA的性能输出。如果阻抗进一步增加则意味着PEM过干，则会降低PEM的寿命。因此，如何MEA的阻抗维持在一个相对低的水平至关重要。因此，本领域急需一种新型降低MEA高频阻抗的方法，所述方法工艺简单，可工业化生产，且可以有效的降低燃料电池的电阻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降低MEA高频阻抗的方法及得到的燃料电池单电池堆。本专利技术通过将燃料电池经过一个升载和降载的过程，在短时间内可以快速降低MEA的高频阻抗，使得MEA的高频阻抗始终维持在48～50mΩ/cm2，本专利技术的方法快速、简单，具有现实指导意义。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种降低MEA高频阻抗的方法，所述方法包括如下步骤：(1)对燃料电池单电池堆的阴极和阳极分别进行润湿过程；(2)控制阴极和阳极的进气压强，向阳极和阴极分别通入燃料气体和空气，进行阶梯式增加电流密度的升载过程，以及阶梯式降低电流密度的降载过程。本专利技术先对燃料电池单电池堆的阴极和阳极分别进行润湿过程，通过控制升载和降载的过程，使得本专利技术可以在短时间内快速降低MEA的高频阻抗。本专利技术工艺简单，适用于工业化应用。本专利技术采用阶梯式增加电流密度和阶梯式降低电流密度的方式进行升载和降载，通过快速变载方法，单电池堆在温度较高前，进行PEM的自润湿，能够使得MEA保持较高的性能并稳定输出。优选地，步骤(2)所述升载过程包括：从初始电流密度阶梯式增加电流密度至终止电流密度。优选地，所述阶梯式增加的电流密度为0.15～0.25A/cm2，例如0.15A/cm2，0.16A/cm2、0.17A/cm2、0.18A/cm2、0.19A/cm2、0.2A/cm2、0.21A/cm2、0.22A/cm2、0.23A/cm2、0.24A/cm2或0.25A/cm2等。优选地，步骤(2)每阶梯式增加一个电流密度，在增加电流密度后的工作电流密度下工作25～35s，例如26s、27s、28s、29s、30s、31s、32s、33s或34s等。优选地，所述终止电流密度为1.8～2A/cm2，例如1.8A/cm2、1.82A/cm2、1.85A/cm2、1.88A/cm2、1.9A/cm2、1.92A/cm2、1.95A/cm2、1.98A/cm2或2A/cm2等。优选地，所述初始电流密度≤0.1A/cm2，优选为0A/cm2，例如0A/cm2、0.01A/cm2、0.02A/cm2、0.03A/cm2、0.04A/cm2、0.05A/cm2、0.06A/cm2、0.07A/cm2、0.08A/cm2或0.09A/cm2等。优选地，步骤(2)所述降载过程包括：从终止电流密度阶梯式降低电流密度至完成电流密度。优选地，步骤(2)所述阶梯式降低的电流密度为0.15～0.25A/cm2，例如0.15A/cm2、0.16A/cm2、0.17A/cm2、0.18A/cm2、0.19A/cm2、0.2A/cm2、0.21A/cm2、0.22A/cm2、0.23A/cm2、0.24A/cm2或0.25A/cm2等。本专利技术所述阶梯式降低的电流密度为0.15～0.25A/cm2，在此范围内可以有效的降低MEA高频阻抗。优选地，所述完成电流密度为0.4～0.5A/cm2，例如0.4A/cm2、0.41A/cm2、0.42A/cm2、0.43A/cm2、0.44A/cm2、0.45A/cm2、0.46A/cm2、0.47A/cm2、0.48A/cm2、0.49A/cm2或0.50A/cm2等。优选地，步骤(2)所述阴极的进气压强为70～100kPa，例如70kPa、72kPa、75kPa、78kPa、80kPa、82kPa、85kPa、88kPa、90kPa、92kPa、95kPa、98kPa或100kPa等。优选地，步骤(2)所述阳极的进气压强为90～120kPa，例如90kPa、92kPa、95kPa、98kPa、100kPa、102kPa、105kPa、108kPa、110kPa、112kPa、115kPa、118kPa或120kPa等。优选地，步骤(2)所述阳极的进气压强>阴极的进气压强。在本专利技术中阳极的进气压强>阴极的进气压强，有利于反应正常进行。优选地，步骤(2)所述燃料气体为氢气。优选地，步骤(2)所述升载过程和降载过程中，工作电流密度为0～0.5A/cm2，燃料气体的流量为1.57～1.88slpm，空气流量为4.99～6.25slpm。所述工作电流密度为0～0.5A/cm2，例如0A/cm2、0.1A/cm2、0.2A/cm2、0.3A/cm2、0.4A/cm2、0.5A/cm2等；所述燃料气体的流量为1.57～1.88slpm，例如1.57slpm、1.6slpm、1.62slpm、1.65slpm、1.68slpm、1.7slpm、1.72slpm、1.75slpm、1.78slpm、1.8slpm、1.82slpm、1.85slpm或1.88slpm等；所述空气流量为4.99～6.25slpm，例如4.99slpm、5.1slpm、5.2slpm、5.3slpm、5.5slpm、5.6slpm、5.7slpm、5.8slpm、5.9slpm、6slpm、6.1slpm、6.2slpm或6.25slpm等。优选地，步骤(2)所述升载过程和降载过程中，0.5A/cm2<工作电流密度≤2.0A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低MEA高频阻抗的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)对燃料电池单电池堆的阴极和阳极分别进行润湿过程；/n(2)控制阴极和阳极的进气压强，向阳极和阴极分别通入燃料气体和空气，进行阶梯式增加电流密度的升载过程，以及阶梯式降低电流密度的降载过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低MEA高频阻抗的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)对燃料电池单电池堆的阴极和阳极分别进行润湿过程；
(2)控制阴极和阳极的进气压强，向阳极和阴极分别通入燃料气体和空气，进行阶梯式增加电流密度的升载过程，以及阶梯式降低电流密度的降载过程。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述升载过程包括：从初始电流密度阶梯式增加电流密度至终止电流密度；
优选地，所述阶梯式增加的电流密度为0.15～0.25A/cm2；
优选地，步骤(2)每阶梯式增加一个电流密度，在增加电流密度后的工作电流密度下工作25～35s；
优选地，所述终止电流密度为1.8～2A/cm2；
优选地，所述初始电流密度≤0.1A/cm2，优选为0A/cm2。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述降载过程包括：从终止电流密度阶梯式降低电流密度至完成电流密度；
优选地，步骤(2)所述阶梯式降低的电流密度为0.15～0.25A/cm2；
优选地，所述完成电流密度为0.4～0.5A/cm2。


4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述阴极的进气压强为70～100kPa；
优选地，步骤(2)所述阳极的进气压强为90～120kPa；
优选地，步骤(2)所述阳极的进气压强>阴极的进气压强；
优选地，步骤(2)所述燃料气体为氢气。


5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述升载过程和降载过程中，工作电流密度为0～0.5A/cm2，燃料气体的流量为1.57～1.88slpm，空气流量为4.99～6.25slpm；
优选地，步骤(2)所述升载过程和降载过程中，0.5A/cm2<工作电流密度≤2.0A/cm2，燃料气体的化学计量比为1.5～1.8，空气的化学计量比为2.0～2.5。


6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述燃料电池单电池堆的循环水入口温度为55～60℃；
优选地，步骤(1)所述燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：付宇，汪艳林，
申请(专利权)人：上海骥翀氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31