一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法技术

本发明专利技术公开一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，步骤包括：检测电堆的气密性；升温电堆，阳极阴极通入氮气吹扫；阳极通入氢气，阴极通入氮气，阳极气压大于阴极气压；拉载单片电池电压；阴极的氮气切换成空气；对单片电池进行电压加载，并按固定电压值进行递减式加载电压；重复对单片电池进行电压加载，获取多条极化曲线，判断新的极化曲线与上一条极化曲线之间的电压偏差是否小于10mV，完成电堆的活化。本发明专利技术对催化剂表面氧化物进行还原，提高催化剂的活性，提升催化剂的利用率。提升催化剂的利用率。提升催化剂的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法。

技术介绍

[0002]在新能源汽车发展体系中，燃料电池汽车是其重要的组成部分。质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能经反应后直接转化成电能、热能和水的电化学装置，它不受卡诺循环的限制，转化效率高，只要有足够的燃料气体（主要为氢气）和氧气，就可以长时间连续运行。
[0003]其中，燃料电池电堆有一个非常重要的组件，就是膜电极。膜电极是燃料电池发电的关键核心部件，膜电极与其两侧的双极板组成了燃料电池的基本单元
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燃料电池单电池，膜电极由极板、气体扩散层、催化层、质子交换膜组成。
[0004]在燃料电池未使用前，质子膜内部分子排列没有规律，导氢能力较差，有必要对其进行活化，打通质子膜的离子通道，提高导氢能力。若膜在干燥缺水的情况下投入使用，可能会造成膜的干裂、击穿，必须对燃料电池进行活化，提高膜的含水量。质子交换膜燃料电池电堆在装配完成后并不会直接使用，需要先对其进行活化，提高膜电极中催化剂的活性和利用率，使燃料电池电堆发挥出最佳工作状态和性能。
[0005]目前，燃料电池电堆活化的方式一般都是通过燃料电池电堆长时间处于大电流下来实现对膜电极的活化。但这种方式存在不足：质子交换膜燃料电池电堆在大电流状态下运行时，阴极侧扩散层中水含量容易过量，造成膜电极水淹，阻碍产物水和气体的传输，导致催化层催化剂的利用率降低，影响催化层表面的电化学反应，进而影响质子交换膜燃料电池堆的活化效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述技术问题之一，提供一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，通过对催化剂表面的氧化物进行还原，从而提高催化剂的活性，提升催化剂的利用率，并大大缩短了燃料电池电堆活化的时间。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，包括以下步骤：步骤S1、对电堆进行预活化，具体为：对电堆进行升温处理，在升温处理过程中，通入第一相对湿度值的氮气，使用氮气对电堆的阳极和阴极进行吹扫；其中，吹扫阳极所使用氮气的流量为第一流量，吹扫阳极所使用氮气的流量为第二流量；吹扫阳极和阴极所使用氮气的进气压力均为第一气压；电堆升温到第一温度值后，使电堆在第一温度值下稳定一段时间；电堆在第一温度值下稳定一段时间后，预活化过程结束，停止氮气的吹扫，继续使电堆维持在第一温度值；
步骤S2、向电堆的阳极通入第二相对湿度值的氢气，和向电堆的阴极通入第三相对湿度值的氮气；其中，通入的氢气的流量为第三流量，氮气的流量为第四流量；通入的氢气的气压为第二气压，氮气的气压为第三气压，且第二气压比第三气压大于规定气压范围；步骤S3、对电堆进行加载，具体为：对电堆的单片电池的单片电压从0V加载至第一电压值，重复电压加载N次；步骤S4、停止向电堆的阴极通入氮气，切换成向电堆的阴极通入空气，其中，空气的相对湿度值等于氢气的第三相对湿度值，空气的气压等于氢气的第二气压，空气的流量为第五流量，氢气的流量保持为第三流量；步骤S5、对单片电池的单片电压加载至第二电压值，使单片电压在第二电压值下维持一定时间；在第二电压值基础上按设定的固定电压值进行递减，使单片电压在每一次递减的电压值下维持一定时间；当单片电压递减到第三电压值时并在第三电压值维持一定时间后，停止对单片电池的单片电压进行加载。
[0008]进一步的，所述步骤S1前还包括步骤S0、检测电堆的气密性是否符合气密性指标，若符合气密性指标则进入步骤S1，若不符合气密性指标则重新装配电堆,直至电堆的气密性符合气密性指标为止；进一步的，所示步骤S5后还包括步骤S6、停止对单片电池的单片电压进行加载后，用线性扫描法测试单片电池的极化曲线得到第一极化曲线；其中，线性扫描法的扫描范围OCV
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0.5V，扫描速度5mV/s，OCV为开路电压；步骤S7、重复步骤S5
‑
S6，得到第二极化曲线，判断在0.55V～0.75V电压范围内且在同一电流下，第二极化曲线与第一极化曲线之间的电压偏差是否小于10mV，若是，则判断电堆的已完成活化；若第二极化曲线与第一极化曲线之间的电压偏差大于或等于10mV，则重复步骤S7，直至新的极化曲线与上一条极化曲线之间的电压偏差小于10mV，完成电堆的活化。
[0009]进一步的，所述对电堆进行升温处理，具体方式为：预先对冷却液加热到第一温度值且维持在第一温度值；将第一温度值下的冷却液通入电堆进行升温处理；所述一段时间为1min～5min。
[0010]进一步的，所述电堆包括若干片单片电池，所述第一流量、第三流量的计算公式为：第一流量=单片电池的体积流量*电流*单片电池数量*过量系数；所述第二流量、第四流量和第五流量的计算公式为：单片电池的体积流量*电流*单片电池数量*过量系数；其中，过量系数的取值范围为1～3；单片电池的体积流量为预先设置的固定值，电流为电堆外接送气装置的输入值。
[0011]进一步的，所述第一流量=所述第三流量，所述第二流量=所述第四流量=所述第五流量。
[0012]进一步的，所述第一气压为常压，所述第二气压为100kPa～150kPa，所述第三气压为100kPa～150kPa，所述规定气压范围为10kPa～30kPa。
[0013]进一步的，所述第一相对湿度值=第二相对湿度值=第三相对湿度值=相对湿度值100%。
[0014]进一步的，所述第一电压值为0.6 V，所述第二电压值为0.75V，所述固定电压值为
50mV，所述第三电压值为0.55V；所述一定时间为10min～30min。
[0015]进一步的，所述步骤S3中的N=5。
[0016]采用上述技术方案后，本专利技术至少具有如下有益效果：本专利技术通过对催化剂表面的氧化物进行还原，提高了催化剂的活性，提升了催化剂的利用率；本专利技术充分润湿质子交换膜，加强了质子交换膜的水合作用，建立气体、电子和传质通道，提高电堆发电效率；本专利技术对比传统大电流强制放电的恒电流活化方法，本专利技术大大缩短了活化时间。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法步骤流程图。
[0018]图2为本专利技术实施例2的极化曲线对比图。
具体实施方式
[0019]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。
[0020]实施例1本专利技术公开一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，其中的质子交换膜燃料电池堆（PEMFC）即为本申请所述的电堆；本专利技术方法是在一定的外界条件下进行的，包括电堆测试台、气路（用于通入氮气、氢气、空气等）、电路（用于连通电子负载、测试台）、水路（用于通入冷却液）等测试用的设备和装置。
[0021]一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，包括以下步骤：S0、检测电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、对电堆进行预活化，具体为：对电堆进行升温处理，在升温处理过程中，通入第一相对湿度值的氮气，使用氮气对电堆的阳极和阴极进行吹扫；其中，吹扫阳极所使用氮气的流量为第一流量，吹扫阳极所使用氮气的流量为第二流量；吹扫阳极和阴极所使用氮气的进气压力均为第一气压；电堆升温到第一温度值后，使电堆在第一温度值下稳定一段时间；电堆在第一温度值下稳定一段时间后，预活化过程结束，停止氮气的吹扫，继续使电堆维持在第一温度值；步骤S2、向电堆的阳极通入第二相对湿度值的氢气，和向电堆的阴极通入第三相对湿度值的氮气；其中，通入的氢气的流量为第三流量，氮气的流量为第四流量；通入的氢气的气压为第二气压，氮气的气压为第三气压，且第二气压比第三气压大于规定气压范围；步骤S3、对电堆进行加载，具体为：对电堆的单片电池的单片电压从0V加载至第一电压值，重复电压加载N次；步骤S4、停止向电堆的阴极通入氮气，切换成向电堆的阴极通入空气，其中，空气的相对湿度值等于氢气的第三相对湿度值，空气的气压等于氢气的第二气压，空气的流量为第五流量，氢气的流量保持为第三流量；步骤S5、对单片电池的单片电压加载至第二电压值，使单片电压在第二电压值下维持一定时间；在第二电压值基础上按设定的固定电压值进行递减，使单片电压在每一次递减的电压值下维持一定时间；当单片电压递减到第三电压值时并在第三电压值维持一定时间后，停止对单片电池的单片电压进行加载。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括步骤S0、检测电堆的气密性是否符合气密性指标，若符合气密性指标则进入步骤S1，若不符合气密性指标则重新装配电堆,直至电堆的气密性符合气密性指标为止。3.根据权利要求1或2所述的一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，其特征在于，所示步骤S5后还包括步骤S6、停止对单片电池的单片电压进行加载后，用线性扫描法测试单片电池的极化曲线得到第一极化曲线；其中，线性扫描法的扫描范围OCV
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0.5V，扫描速度5mV/s，OCV为开路电压；步骤S7、重复步骤S5
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽丽，曾东荣，刘锋，钱伟，
申请(专利权)人：佛山市清极能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：