一种高温质子交换膜燃料电池快速活化方法技术

本申请公开了一种高温质子交换膜燃料电池快速活化方法，包括以下步骤：(1)、向所述质子交换膜燃料电池的阳极和阴极分别通入氢气和空气；(2)、对所述质子交换膜燃料电池施加循环活化电流：施加I1电流t1时间后，增加到I2电流，维持t2时间后减小到I1电流完成一个电流循环活化过程；(3)对步骤(2)获得的活化后的质子交换膜燃料电池进行电压测量，测量0.2A cm

【技术实现步骤摘要】
一种高温质子交换膜燃料电池快速活化方法


[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池领域，涉及一种高温质子交换膜燃料电池快速活化方法。

技术介绍

[0002]随着社会的高速发展，能源越来越成为限制经济高速增长的关键因素。资源短缺和环境污染导致对清洁和可再生能源的需求不断增加。质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其零排放、高效率和高功率密度而受到了广泛的关注。然而由于其复杂的水管理、较慢的动力学反应及较差的CO耐受性等问题，研究人员开始把目光转向高温质子交换膜燃料电池(HT
‑
PEMFC)。HT
‑
PEMFC在热电联产系统、固定式电源及车载动力电源上具有广泛的应用。近年来研究人员进行了大量的研究以推动HT
‑
PEMFC技术的进步。然而关于电池耐久性和活化过程等方面尚未得到足够的研究，这已成为其商业化过程的制约因素。
[0003]活化过程是性能测试或耐久性测试的初始阶段，可以使燃料电池获得最佳性能。适当的活化方法可以使电池达到最大输出功率，并实现性能的可再现性。建立有效且快速的HT
‑
PEMFC活化方法可大大减少测试时间。实现快速活化的关键就是加快磷酸在MEA内的再分布过程。

技术实现思路

[0004]本申请的一个方面，提供了一种质子交换膜燃料电池活化方法，该方法可快速活化高温质子交换膜燃料电池(HT
‑
PEMFC)，缩短活化时间。
[0005]可选地，所述质子交换膜燃料电池活化方法包括以下步骤：/>[0006](1)、向所述质子交换膜燃料电池的阳极和阴极分别通入氢气和空气；
[0007](2)、对所述质子交换膜燃料电池施加循环活化电流：施加I1电流t1时间后，增加到I2电流，维持t2时间后减小到I1电流完成一个电流循环活化过程；
[0008](3)对步骤(2)获得的活化后的质子交换膜燃料电池进行电压测量，测量0.2A cm
‑2时的电池电压；
[0009](4)判断(3)中活化后的质子交换膜燃料电池在0.2A cm
‑2时的电压是否达到稳态(相对变化量小于5％)，若达到稳态，则结束对质子交换膜燃料电池的活化；否则，重复执行步骤(2)～步骤(4)。
[0010]可选地，所述I1的范围为0.5～0.6A cm
‑2；
[0011]可选地，所述I2的范围为0.1～0.2A cm
‑2。
[0012]可选地，所述t1的范围5～40min；
[0013]可选地，所述t2的范围5～40min。
[0014]可选地，所述t1的上限可独立选自10min、20min、30min、40min；下限可独立选自5min、10min、20min、30min。
[0015]可选地，所述t2的上限可独立选自10min、20min、30min、40min；下限可独立选自
5min、10min、20min、30min。
[0016]可选地，所述I2和I1的差值为0.3～0.5A cm
‑2，其中I2＞I1。
[0017]可选地，步骤(2)中，所述循环活化电流采用阶跃步进的变化形式，从I1电流开始，每t3时间增加I3电流，增加到I2电流后，开始每t3时间减小I3电流，减小到I1完成一个电流循环活化过程。
[0018]可选地，电池的活化就采用该方式的若干个电流循环。
[0019]可选地，所述t3的范围为1～10min；
[0020]可选地，所述I3的范围为0.05～0.1A cm
‑2。
[0021]可选地，所述t3的上限可独立选自5min、10min；下限可独立选自1min、5min。
[0022]可选地，所述I3的上限可独立选自0.06A cm
‑2、0.08A cm
‑2、0.1A cm
‑2；下限可独立选自0.05A cm
‑2、0.06A cm
‑2、0.08A cm
‑2。
[0023]可选地，为了避免电池在变载过程中出现局部欠气现象，步骤(1)中，所述通入氢气和空气的流量分别为：空气的进气量为I2电流时质子交换膜燃料电池内的空气流量的N1倍计量比，氢气的进气量为I2电流时质子交换膜燃料电池内的氢气流量的N2倍计量比。
[0024]可选地，所述N1为2～3；
[0025]所述N2为1.2～2。
[0026]可选地，所述活化的时间40～60h。
[0027]本申请能产生的有益效果包括：
[0028]本申请所提供的快速活化方法，可以缩短活化时间，有利于促进HT
‑
PEMFC的商业化进程。
附图说明
[0029]图1为本申请实施例中施加的电流循环活化程序；
[0030]图2为本申请实施例中恒电流活化和电流循环活化过程中，电压随时间变化曲线；
[0031]图3为本申请实施例中活化期间性能表征曲线，其中图3a为极化曲线和功率密度曲线，图3b为EIS，图3c为DRT分析，图3d为欧姆电阻R
ohm
、电荷转移电阻R
ct
及传质电阻R
mt
随时间的变化情况；
[0032]图4为本申请实施例中活化期限活化期间电流密度以及温度变化情况，其中，图4a为活化期间不同时刻的电流密度分布；图4b为电流密度分布标准偏差；图4c温度分布标准偏差。
具体实施方式
[0033]下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
[0034]实施例1
[0035]结合极化曲线，电化学阻抗谱(EIS)，弛豫时间分布(DRT)及电流密度分布等表征方法来分析电流循环的活化机制，并与0.2A cm
‑2恒电流活化方法做比对，证明电流循环作为快速活化方法的有效性。
[0036]组装好电池之后，阴阳极通气检漏，确定无外泄内漏之后置于测试台架开始活化测试，在施加电流循环程序之前先把电池设置为0.2A cm
‑2，设置阴阳极的进气量分别为
0.2A cm
‑2时的2倍和1.2倍计量比，依次测试EIS，电流密度分布和极化曲线，以表征电池的初始性能。
[0037]测试完初始性能后，把阴阳极的进气量分别设置为0.6A cm
‑2时的2倍和1.2倍计量比，开始给电池施加电流循环的活化程序(见图1)，从0.2A cm
‑2开始，每5分钟增加0.1A cm
‑2，增加到0.6A cm
‑2后，开始每5分钟减小0.1A cm
‑2，减小到0.2A cm
‑2。然后每隔一段时间，把电池重新设置为0.2A cm
‑2，并设置阴阳极的进气量分别为0.2A cm
‑2时的2倍和1.2倍计量比，稳定30min后开始依次测试EIS，电流密度分布和极化曲线，表征电池性能变化情况。
[0038]极化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池活化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、向所述质子交换膜燃料电池的阳极和阴极分别通入氢气和空气；(2)、对所述质子交换膜燃料电池施加循环活化电流：施加I1电流t1时间后，增加到I2电流，维持t2时间后减小到I1电流完成一个电流循环活化过程；(3)对步骤(2)获得的活化后的质子交换膜燃料电池进行电压测量，测量0.2A cm
‑2时的电池电压；(4)判断(3)中活化后的质子交换膜燃料电池在0.2A cm
‑2时的电压是否达到稳态(相对变化量小于5％)，若达到稳态，则结束对质子交换膜燃料电池的活化；否则，重复执行步骤(2)～步骤(4)。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池活化方法，其特征在于，所述I1的范围为0.5～0.6A cm
‑2；所述I2的范围为0.1～0.2A cm
‑2。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池活化方法，其特征在于，所述t1的范围5～40min；所述t2的范围5～40min。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池活化方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海，栗京京，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：