一种燃料电池堆的快速活化方法技术

本发明专利技术涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池堆的快速活化方法，包括使燃料电池堆处于开路状态，向燃料电池堆阴极通入预热的液态水，充满阴极腔体，将燃料电池堆与电源连接，对燃料电池堆进行通电，向燃料电池堆阳极通入氢气，以第二设定值在第一设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水，以第三设定值在第二设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水，以第四设定值在第三设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水，重复通水的过程至少1次，对燃料电池电堆进行性能测试，若符合标准，则活化完成；本发明专利技术可以加快活化的速率，有效减少耗氢量，润湿膜电极，提高电池堆内的电化学反应环境温度，有效冲洗催化剂并带走杂质。有效冲洗催化剂并带走杂质。有效冲洗催化剂并带走杂质。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池堆的快速活化方法


[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，具体涉及一种燃料电池堆的快速活化方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将化学反应自由能通过电极－电解质系统直接转换为电能的装置，PEMFC的电化学反应实际上是H2和O2反应生成水的过程，在反应过程中，PEMFC中的电化学反应速率主要由膜电极决定，而膜电极的性能主要由催化层以及催化剂的活性决定，当催化剂的活性、利用率增强后，电化学反应速率也不断提升，PEMFC的产电量增加即功率增多。
[0003]新组装的质子交换膜燃料电池堆（PEMFC）或长久放置的质子交换膜燃料电池堆（PEMFC）性能通常不在最佳状态，需要通过活化膜电极（MEA）使燃料电池堆的性能得到提升并保持稳定，膜电极（MEA）的活化实质主要是膜电极的润湿、物质通道的建立、催化剂活性和利用率的增加。其中，膜电极的润湿主要是指对质子交换膜的加湿过程；物质通道主要是针对电子、质子、气体、水等物质的传输；催化剂的活性和利用率主要是针对催化剂失活后的再次激活及催化剂活性面积的增加。因此，活化过程对催化剂的功能及膜电极的性能展现至关重要，影响了膜电极（MEA）的使用寿命，而膜电极（MEA）的使用寿命极大的决定了燃料电池堆的使用寿命。
[0004]目前，现有的主流燃料电池堆的活化方法包括大电流活化、变载活化、恒压活化及阴极饥饿，大电流、变载、恒压及阴极饥饿活化都需要大量的氢气消耗和多达6小时至几天的时间，增加生产成本的同时还延迟了PEMFC生产周期。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种燃料电池堆的快速活化方法，以解决目前燃料电池堆活化耗氢量大、时间长的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种燃料电池堆的快速活化方法，包括：S1、使燃料电池堆处于开路状态，向燃料电池堆阴极通入预热的液态水，充满阴极腔体；S2、将燃料电池堆与电源连接，选择直流电模式，使电源处于稳定工作状态后，对燃料电池堆进行通电；S3、向燃料电池堆阳极通入氢气，以第二设定值在第一设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水；燃料电池堆的氢气的化学计量比为第一设定值，第二设定值为第一设定时间燃料电池堆阴极的进水流速；S4、在第一设定时间结束后，以第三设定值在第二设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水或在第二设定时间向燃料电池堆阴极通入氮气；第三设定值为第二设定时间燃料
电池堆阴极的进水流速；所述氮气的化学计量比为0.2
‑
2.5；S5、在第二设定时间结束后，以第四设定值在第三设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水；第四设定值为第三设定时间燃料电池堆阴极的进水流速；S6、重复S3
‑
S5的过程至少1次，对燃料电池电堆进行性能测试，若符合标准，则活化完成，若不符合标准，则再重复S3
‑
S5的过程；所述第二设定值为0
‑
16NLPM，所述第三设定值为0
‑
16NLPM，所述第四设定值为0
‑
16NLPM。
[0007]作为一种可实施方式，所述第一设定值为0.2
‑
2.5，所述第一设定时间为0
‑
300s，所述第二设定时间为0
‑
600s，所述第三设定时间为0
‑
300s。
[0008]作为一种可实施方式，若所述第三设定值为0NLPM时，所述燃料电池堆阴极通入氮气。
[0009]作为一种可实施方式，所述氮气的湿度为100
‑
120%，所述氮气的化学计量比为0.2
‑
2.5。
[0010]作为一种可实施方式，所述氢气的湿度为60
‑
150%，进气压强为10
‑
150kpa。
[0011]作为一种可实施方式，所述液态水温度为35
‑
95℃。
[0012]作为一种可实施方式，所述电源是燃料电池堆功率、电流和电压的100
‑
125%。
[0013]作为一种可实施方式，所述电源给所述燃料电池堆单电池所提供的电流密度大小为1mA/cm2‑
2000 mA/cm2。
[0014]作为一种可实施方式，所述S6中重复S3
‑
S5的过程为1
‑
1000次。
[0015]作为一种可实施方式，所述S6中重复S3
‑
S5的过程为30次。
[0016]作为一种可实施方式，还包括：S0、将需要活化的燃料电池堆短接在测试台架上，确定燃料电池堆气密性符合标准。
[0017]作为一种可实施方式，若所述燃料电池堆的片数在40片以内时，则所述第二设定值、第三设定值和第四设定值在0
‑
4NLPM内，所述第一设定时间、第二设定时间、第三设定时间为30秒或以内；若所述燃料电池堆的片数多于150片时，则所述第二设定值、第三设定值和第四设定值在4NLPM或以上，所述第一设定时间、第二设定时间、第三设定时间为60秒或以上；若所述燃料电池堆的片数为40
‑
150片时，则所述第二设定值、第三设定值和第四设定值在2NLPM或以上，所述第一设定时间、第二设定时间、第三设定时间为60秒或以上。
[0018]1、本专利技术提供的一种燃料电池堆的快速活化方法，加快了活化的速率。
[0019]2、本专利技术的方法有效减少耗氢量。
[0020]3、本专利技术的方法通过向阴极通热水，一方面充分的润湿膜电极，另一方面热水提高了电池堆内的电化学反应环境温度，温度高，分子的热运动加速，通过质子交换膜的质子、电子、离子的速率加快，活化速率得到有效提升。
[0021]4、有效冲洗催化剂并带走杂质，使活化过程中产生的杂质通过流动的水流带走。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1中20片石墨电堆使用本专利技术方法及常规活化后的极化曲线对比图。
[0023]图2为本专利技术实施例2中309片石墨电堆使用本专利技术方法及常规活化后的极化曲线对比图。
[0024]图3为本专利技术实施例3中120片石墨电堆使用本专利技术方法及常规活化后的极化曲线对比图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0026]需要说明的是，这些实施例仅用于说明本专利技术，而不是对本专利技术的限制，在本专利技术的构思前提下本方法的简单改进，都属于本专利技术要求保护的范围。
[0027]本专利技术总体步骤：S1、使燃料电池堆处于开路状态，向燃料电池堆阴极通入预热的液态水，充满阴极腔体；S2、将燃料电池堆与电源连接，选择直流电模式，使电源处于稳定工作状态后，对燃料电池堆进行通电；S3、向燃料电池堆阳极通入氢气，以第二设定值在第一设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水；燃料电池堆的氢气的化学计量比为第一设定值，第二设定值为第一设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆的快速活化方法，其特征在于，包括：S1、使燃料电池堆处于开路状态，向燃料电池堆阴极通入预热的液态水，充满阴极腔体；S2、将燃料电池堆与电源连接，选择直流电模式，使电源处于稳定工作状态后，对燃料电池堆进行通电；S3、向燃料电池堆阳极通入氢气，以第二设定值在第一设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水；燃料电池堆的氢气的化学计量比为第一设定值，第二设定值为第一设定时间燃料电池堆阴极的进水流速；S4、在第一设定时间结束后，以第三设定值在第二设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水或在第二设定时间向燃料电池堆阴极通入氮气；第三设定值为第二设定时间燃料电池堆阴极的进水流速；所述氮气的化学计量比为0.2
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2.5；S5、在第二设定时间结束后，以第四设定值在第三设定时间向燃料电池堆阴极通入液态水；第四设定值为第三设定时间燃料电池堆阴极的进水流速；S6、重复S3
‑
S5的过程至少1次，对燃料电池电堆进行性能测试，若符合标准，则活化完成，若不符合标准，则再重复S3
‑
S5的过程；所述第二设定值为0
‑
16NLPM，所述第三设定值为0
‑
16NLPM，所述第四设定值为0
‑
16NLPM。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆的快速活化方法，其特征在于，所述第一设定值为0.2
‑
2.5，所述第一设定时间为0
‑
300s，所述第二设定时间为0
‑
600s，所述第三设定时间为0
‑
300s。3.根据权利要求1所述的燃料电池堆的快速活化方法，其特征在于，若所述第三设定值为0NLPM时，所述燃料电池堆阴极通...

【专利技术属性】
技术研发人员：余丽，方威，杨锦夫，邸志岗，
申请(专利权)人：上海韵量新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：