一种燃料电池性能恢复的方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池性能恢复的方法，采用湿度饱和氮气对燃料电池的阳极和阴极进行吹扫，待燃料电池电压稳定后；采用湿度饱和氢气对燃料电池的阳极进行吹扫，采用湿度饱和氮气对燃料电池的阴极进行吹扫，待燃料电池电压稳定后，进入第一次循环伏安测试，完成第一次循环伏安测试后；调节阴极通入的气体流量，使阴极和阳极的气体流量保持相等，进行第二次循环伏安测试，直到连接多次循环伏安曲线重合。本发明专利技术提供的一种燃料电池性能恢复的方法，更加安全、高效，且可操作性强，可以使燃料电池的性能在短时间内得到有效恢复，提高燃料电池的功率输出性能与寿命。电池的功率输出性能与寿命。电池的功率输出性能与寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池性能恢复的方法


[0001]本专利技术涉及一种燃料电池性能恢复的方法，属于燃料电池


技术介绍

[0002]燃料电池作为清洁能源，广泛应用在交通领域与工程机械领域。在实际应用过程中，环境气氛会对燃料电池性能产生重要影响。燃料电池在运行过程中，一般采用环境空气，因此空气中的杂质对燃料电池的性能和寿命产生影响。在长期运行过程中，燃料电池的电极催化剂表面会吸附杂质以及产生氧化膜，覆盖催化剂的活性位点，造成燃料电池性能衰退。尤其是在工程机械的应用领域，如重卡、矿卡、挖掘机及装载机等，作业场景多为野外环境，环境条件恶劣，具有高粉尘、高盐雾及高湿热的特点，会对燃料电池的性能产生较大影响。
[0003]目前常用的去除电极催化剂表面氧化膜的方法是阴极欠气法，即在燃料电池工作状态时停止对阴极供给气体，产生低电位，还原催化剂表面的氧化膜。这种方法会导致阴极和阳极的压差过大，甚至产生反极，这会对燃料电池造成不可逆的损伤。随着燃料电池的车辆及工程机械的应用增加，在长期运行过程中，恢复因电极催化剂表面覆盖杂质及氧化膜引起的性能衰减至关重要，有必要设计去除电极催化剂表面杂质及氧化膜的方法，应用于燃料电池在长期运行过程中的定期保养，恢复性能。
[0004]第一个现有技术虽然通过改进电压巡检，检测单节电池的最低电压，避免电压过低引起“反极”而带来的不可逆衰减问题，但这种阴极欠气的技术会造成阴极和阳极之间的较大压差。阴阳极压差过大会致使膜破裂，造成电堆的不可逆损伤。同时阴极欠气时，阳极气体窜到阴极，直接反应产生大量的热，易形成局部热点，造成膜电极局部不可逆损伤。
[0005]第二个现有技术虽然在额定电流环境下产生较多的水，提供恢复环境用于解吸阴极催化层上由空气中硫化物带来的杂质，净化杂质，但由于还原电势不足以完全还原阴极催化层表面的氧化膜，不能够完全去除氧化膜，会降低燃料电池的恢复效果。
[0006]综上所述，现有专利技术提出的还原阴极催化剂表面氧化物的方法，在实际操作过程中无法完全除去催化剂表面的氧化膜，且容易产生阴极电位过低、阴阳极压差过大以及窜气等问题，从而产生反极、膜破裂及局部热点，对燃料电池造成不可逆的损伤，风险较大。
[0007]因此，本专利技术提出了一种更加安全、高效的燃料电池系统性能恢复方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0008]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种燃料电池性能恢复的方法。
[0009]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种燃料电池性能恢复的方法，包括如下步骤：
步骤1：采用湿度饱和氮气对燃料电池的阳极和阴极进行吹扫，待燃料电池电压稳定后，进入步骤2。
[0010]步骤2：采用湿度饱和氢气对燃料电池的阳极进行吹扫，采用湿度饱和氮气对燃料电池的阴极进行吹扫，待燃料电池电压稳定后，进入第一次循环伏安测试，完成第一次循环伏安测试后，进入步骤3。
[0011]步骤3：调节阴极通入的气体流量，使阴极和阳极的气体流量保持相等，进行第二次循环伏安测试，直到连接多次循环伏安曲线重合。
[0012]作为优选方案，所述步骤1，包括：采用湿度饱和氮气对燃料电池的阳极和阴极进行吹扫，阳极和阴极的气体流量F1保持相等，通气5
‑
60分钟，当燃料电池电压逐渐下降至接近0 V时，持续通入气体保持5
‑
60分钟，待燃料电池电压稳定后，进入步骤2。
[0013]作为优选方案，所述气体流量F1为0.5*n
‑
50*n NLPM，n为燃料电池模块中单电池的数量。
[0014]作为优选方案，所述步骤2，包括：采用湿度饱和氢气对燃料电池的阳极进行吹扫，采用湿度饱和氮气对燃料电池的阴极进行吹扫，阳极通入的湿度饱和氢气的流量设定为阴极通入的湿度饱和氮气流量的N倍，N的范围为2
‑
5，通入气体1
‑
20分钟，待燃料电池电压稳定后，进入第一次循环伏安测试，完成第一次循环伏安测试后，进入步骤3。
[0015]所述第一次循环伏安测试的扫描的电压区间范围为(0.05
‑
1.5)*n V，扫描速率设定为低速扫描V1，V1的范围为0.01
‑
0.05 V
·
s
‑1，V
·
s
‑1表示电压扫描速率，循环次数1
‑
100次，n为燃料电池模块中单电池的数量。
[0016]作为优选方案，阴极通入的湿度饱和氮气流量为0.02*n
‑
20*n NLPM, n为燃料电池模块中单电池的数量。
[0017]作为优选方案，湿度饱和氢气和湿度饱和氮气的相对湿度均大于或等于100%。
[0018]作为优选方案，所述第二次循环伏安测试的扫描的电压区间范围为(0.05
‑
1.5)*nV，扫描速率设定为高速扫描V2，V2的范围为0.02
‑
0.2 V
·
s
‑1，扫描次数1
‑
100次，n为燃料电池模块中单电池的数量。
[0019]作为优选方案，所述步骤1中燃料电池采用活性面积25cm2的单片电池，单片电池的数量为1，气体流量F1为2 NLPM，通气时间为5分钟，当燃料电池电压持续下降至接近0 V时，持续通入气体保持5分钟。
[0020]作为优选方案，所述步骤2中燃料电池采用活性面积25cm2的单片电池，单片电池的数量为1，阴极通入的湿度饱和氮气流量为0.075NLPM，N为2.67，通入气体1分钟10秒。
[0021]作为优选方案，所述步骤2中第一次循环伏安测试扫描次数为15次。
[0022]作为优选方案，所述步骤3中燃料电池采用活性面积25cm2的单片电池，单片电池的数量为1，第二次循环伏安测试扫描次数为5次。
[0023]有益效果：本专利技术提供的一种燃料电池性能恢复的方法，与现有技术相比，其有益效果如下：（1）本专利技术提供的燃料电池性能恢复方法，采用氢气和氮气氛围的循环伏安法，不会引起反极，且不会在阴极和阳极之间产生过大压差，更加安全、高效，且可操作性强，可以
使燃料电池的性能在短时间内得到有效恢复。
[0024]（2）本专利技术中设计的循环伏安法，可以还原电极催化剂表面在长期的工况运行中形成的氧化物覆盖层，暴露出更多的催化剂活性位点，提高催化活性，进而提高燃料电池的功率输出性能。
[0025]（3）本专利技术中设计的循环伏安法，在电位循环过程中可以提供环境用于脱附电极催化剂表面的杂质。湿度饱和进气在燃料电池中冷凝的液态水排出过程中，可以带出催化剂表面脱附的杂质，实现催化剂表面吸附杂质的净化，恢复燃料电池的性能。同时，催化剂表面杂质的净化，比如硫化物等，可以解决催化剂中毒问题，进而延长燃料电池的使用寿命。
[0026]（4）本专利技术中所述的方法，阳极和阴极采用了湿度饱和气体，可以产生较多的液态水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池性能恢复的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：采用湿度饱和氮气对燃料电池的阳极和阴极进行吹扫，待燃料电池电压稳定后，进入步骤2；步骤2：采用湿度饱和氢气对燃料电池的阳极进行吹扫，采用湿度饱和氮气对燃料电池的阴极进行吹扫，待燃料电池电压稳定后，进入第一次循环伏安测试，完成第一次循环伏安测试后，进入步骤3；步骤3：调节阴极通入的气体流量，使阴极和阳极的气体流量保持相等，进行第二次循环伏安测试，直到连接多次循环伏安曲线重合。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池性能恢复的方法，其特征在于：所述步骤1，包括：采用湿度饱和氮气对燃料电池的阳极和阴极进行吹扫，阳极和阴极的气体流量F1保持相等，通气5
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60分钟，当燃料电池电压逐渐下降至接近0 V时，持续通入气体保持5
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60分钟，待燃料电池电压稳定后，进入步骤2。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池性能恢复的方法，其特征在于：所述气体流量F1为0.5*n
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50*n NLPM，n为燃料电池模块中单电池的数量。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池性能恢复的方法，其特征在于：所述步骤2，包括：采用湿度饱和氢气对燃料电池的阳极进行吹扫，采用湿度饱和氮气对燃料电池的阴极进行吹扫，阳极通入的湿度饱和氢气的流量设定为阴极通入的湿度饱和氮气流量的N倍，N的范围为2
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5，通入气体1
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20分钟，待燃料电池电压稳定后，进入第一次循环伏安测试，完成第一次循环伏安测试后，进入步骤3；所述第一次循环伏安测试的扫描的电压区间范围为(0.05
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1.5)*n V，扫描速率设定为低速扫描V1，V1的范围为0.01
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0.05 V
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【专利技术属性】
技术研发人员：薛琼，王佳，高亮，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：