一种基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，属于燃料电池阴极催化层碳腐蚀领域，使用交流阻抗谱法对有效双电层电容进行拟合，使用CO吸脱附法对单位面积铂电容提取和分析，使用循环伏安法对铂的活性面积进行测量，将电池中碳电容和铂电容进行分离，实现了基于碳电容分析的碳腐蚀在线诊断，过程中对电池无需任何改动，简单方便。解决了质子交换膜燃料电池运行过程中碳腐蚀检测困难的问题，将交流阻抗谱和循环伏安法应用于燃料电池的碳腐蚀在线检测和分析中，可靠灵敏，提高了碳腐蚀检测的快速性和灵敏性，并利于燃料电池碳腐蚀的早期预警处理。料电池碳腐蚀的早期预警处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法


[0001]本专利技术属于燃料电池阴极催化层碳腐蚀领域，涉及一种基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有零排放、高效节能的特点，是当前最具有潜力取代内燃机的汽车动力技术。然而，PEMFC的耐久性在其广泛商业化之前仍然是一个挑战。其中，制约电池耐久性提升的关键因素之一是电极碳支撑的腐蚀问题。
[0003]基于电池耐久性提升的要求，碳腐蚀一直以来是PEMFC研究领域重点关注的问题。为了理解碳腐蚀的发展机理，目前已发展出多种方法用于诊断碳腐蚀。其中，最常用的方法为离线材料表征，如直接光学成像技术，包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、聚焦离子束/扫描电子显微镜(FIB/SEM)和电子断层扫描技术(CT)等。这些方法在量化电极的微观结构和元素含量方面有明显优势,但也存在一些缺点，比如要求分解电池，对设备的时间/空间分辨率要求很高，造价昂贵，所获得的数据难以与电极内实时的碳腐蚀进程建立联系等。因此，亟需要发展一些不用分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)选择常规燃料电池，对常规燃料电池进行循环伏安测试，确定常规燃料电池的双电层电容区域，之后对常规燃料电池进行交流阻抗测试，得到常规燃料电池的总有效双电层电容；步骤2)以不含铂的燃料电池作为对比，在与步骤1)相同的工况条件下，测量不含铂的燃料电池的总有效双电层电容；基于常规燃料电池和不含铂的燃料电池的总有效双电层电容，获得常规燃料电池的铂电容，进一步计算得到常规燃料电池的单位面积铂电容；步骤3)通过循环伏安法获取燃料电池铂的活性面积，结合常规燃料电池的单位面积铂电容，计算得到碳腐蚀过程中燃料电池的铂电容；步骤4)比较常规燃料电池的总有效双电层电容和碳腐蚀过程中燃料电池的铂电容，计算得到碳腐蚀过程中燃料电池的碳电容，进一步得到燃料电池中，碳的静电电容和碳的氧化电容；步骤5)基于碳腐蚀过程中燃料电池的碳电容和碳的氧化电容的变化，评估燃料电池的碳腐蚀程度。2.根据权利要求1所述的基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：对常规燃料电池进行循环伏安测试，确定常规燃料电池的双电层电容区域；基于常规燃料电池的双电层电容区域选取对应的电压，将该电压用于执行交流阻抗测试，并采用等效电路模型分析，得到常规燃料电池的总有效双电层电容。3.根据权利要求1所述的基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，其特征在于，步骤2)中，获得常规燃料电池的铂电容后，将常规燃料电池的铂电容进行铂有效面积标准化处理，得到常规燃料电池的单位面积铂电容；铂有效面积通过循环伏安测试中氢的脱附积分电荷计算得到。4.根据权利要求1所述的基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，其特征在于，步骤3)中，首先采用CO吸脱附法，论证燃料电池碳腐蚀前后单位面积铂电容的不变性；论证的具体操作过程为：对发生碳腐蚀的电池进行CO吸附和脱附实验，并得到脱附峰值电压与铂活性面积的关系，基于CO的脱附峰值电压调节铂的活性面积；测量不同铂活性面积对应的电容值，拟合得到燃料电池的单位面积铂电容；比较碳腐蚀前后燃料电池的单位面积铂电容，得到碳腐蚀前后单位面积铂电容基本保持不变。5.根据权利要求4所述的基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，其特征在于，CO吸脱附法依次包括CO全面吸附、CO部分脱附、交流阻抗测试和CO全面脱附四个过程。6.根据权利要求1所述的基于碳电容分析的燃料电池碳腐蚀在线诊断方法，其特征在于，步骤5)中，评估过程具体为：以标准燃料电池为基准，在相同工况下，分别测量标准燃料电池和碳腐蚀过...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏进展，刘风风，郭烈锦，高子良，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：