一种制造技术

本发明专利技术提出一种

【技术实现步骤摘要】
一种PEM燃料电池快速活化方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种
PEM
燃料电池快速活化方法
。

技术介绍

[0002]氢能被认为是解决能源与环境问题的绿色能源
。
作为最有潜力的氢能利用方式，燃料电池汽车近年来迎来了蓬勃发展阶段，但是其核心部件
PEM
燃料电池电堆的批量化生产工艺还未完全成熟，电堆组装完成之后并不能立即达到最优性能，需要进行较长时间的活化才能达到电堆最佳状态
。
电堆活化本质上是膜电极的活化，通常认为活化过程包括质子交换膜的增湿，膜电极内部水
、
质子
、
电子
、
气体通道的建立，催化剂形貌的优化及活性位点的暴露
。
合理的活化策略可以有效提升膜电极的性能，并且不会对膜电极寿命造成大的影响
。
[0003]初装电堆通过活化工艺，性能会逐步提升，并逐渐达到稳定，此时即可认为电堆活化完成，传统的电堆活化所需要的时间在几小时甚至十几小时，活化效率较低，限制批量化生产
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述的传统的电堆活化方法所需活化时间较长技术问题，提出一种预活化与在线活化相结合的
PEM
燃料电池快速活化方法
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种
PEM
燃料电池快速活化方法，包括如下步骤：<br/>[0007](1)
配制浓度为
0.1mol/L
‑
0.5mol/L
的稀硫酸和
/
或稀高氯酸溶液或二者混合溶液，此后加入异丙醇得到浸泡溶液，其中异丙醇的体积分数为2％
‑
10
％；
[0008](2)
将膜电极放入浸泡溶液内浸泡
10
‑
30
分钟，取出后浸入去离子水中反复漂洗3‑5次，此后立即组装成电堆；
[0009](3)
将组装好的电堆进行气密性检查，合格后与测试台架连接；
[0010](4)
将电堆氢腔通入相对湿度
65
％
‑
75
％的湿氢气，空腔通入相对湿度
65
％
‑
75
％的湿空气，快速将氢腔背压升至
140kPa
‑
150kPa
，空腔背压升至
130kPa
‑
140kPa
，并确保氢腔压力高于空腔压力
10kPa
‑
20kPa
；
[0011](5)
背压稳定后快速升载电流至额定电流密度值的
60
％，保持2‑5分钟，随后将电流缓慢升至电流密度值的
70
％保持2‑5分钟，重复该变载循环2‑5次；
[0012](6)
升载电流至额定电流密度值，保持2‑5分钟，随后将电流缓慢升至额定电流密度值的
110
％，保持2‑5分钟，重复该变载循环2‑5次，直至电堆电压趋于稳定；
[0013](7)
快速降载至开路电压，并将水腔
、
氢腔和空腔背压降为0，采用湿氮气吹扫3‑5分钟，完成活化
。
[0014]作为优选，步骤
(2)
中浸泡溶液通过水浴加热保持
70℃
‑
80℃。
[0015]作为优选，步骤
(4)
中电堆冷却水温度为
70
‑
80℃
，压力
70kPa
‑
80kPa。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0017]本专利技术所述的快速活化方法将预活化和在线电流控制活化相结合，预活化过程中采用稀酸溶液
、
异丙醇及去离子水浸泡膜电极，有利于膜电极中催化剂活性位点的暴露及质子交换膜的湿润，使膜电极的状态更接近正常工作状态；在线电流控制活化过程采用变流强制活化，在中电流密度和高电流密度下进行循环加载降载操作，能有效打通膜电极内部的物质
(
包括质子
、
氢气
、
氧气
、
水等
)
传输通道，提升膜电极性能；两种活化方法结合充分发挥各自优势，提升活化效率，能有效缩短在线活化时间，减少氢气消耗
。
附图说明
[0018]图1为本专利技术活化方法的电流随时间变化的曲线图；
[0019]图2为本专利技术未进行活化
、
只进行预活化和实施例活化后的电堆极化曲线图；
[0020]图3为本专利技术对比例的电流随时间变化的曲线图；
[0021]图4为本专利技术实施例和对比例活化后的电堆的极化曲线图；
具体实施方式
[0022]为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和实施例做具体说明
。
[0023]实施例：
[0024]一种
PEM
燃料电池快速活化方法，包括如下步骤：
[0025](1)
以硫酸为溶质，去离子水为溶剂，配置浓度为
0.2mol/L
的稀硫酸溶液，随后向上述溶液加入异丙醇，得到异丙醇体积分数为4％的浸泡溶液
。
[0026](2)
将浸泡溶液通过水浴加热至
70℃
‑
80℃
并恒温保温，将膜电极放入浸泡溶液内浸泡
20
分钟，取出后浸入去离子水中反复漂洗4次，完成预活化过程
。
采用低浓度硫酸溶液浸泡膜电极可以除去催化剂表面的附着物及氧化物，提升催化剂的活性
。
加入异丙醇可以加速质子交换膜的吸水溶胀，加快质子交换膜的增湿过程，且异丙醇体积分数设置为2％
‑
10
％之间，可防止质子交换膜过度溶胀，避免机械强度受损
。
此后立即组装成多块电堆，该电堆活性面积为
300cm2，单电池片数为5片，采用石墨双极板
。
将其中一块仅进行了预活化的电堆进行极化曲线测试，测试结果如图2所示
。
[0027](3)
将组装好的电堆进行气密性检查，气密性检查合格后与测试台架连接
。
[0028](4)
保持电堆冷却水温度为
70℃
‑
80℃
，压力
70kPa
‑
80kPa
，将电堆氢腔通入相对湿度
70
％的湿氢气，空腔通入相对湿度
70
％的湿空气，快速将氢腔背压升至
140kPa
‑
150kPa
，空腔背压升至
130k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
PEM
燃料电池快速活化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
配制浓度为
0.1mol/L
‑
0.5mol/L
的稀硫酸或稀高氯酸溶液或二者混合溶液，此后加入异丙醇得到浸泡溶液，其中异丙醇的体积分数为2％
‑
10
％；
(2)
将膜电极放入浸泡溶液内浸泡
10
‑
30
分钟，取出后浸入去离子水中反复漂洗3‑5次，此后立即组装成电堆；
(3)
将组装好的电堆进行气密性检查，合格后与测试台架连接；
(4)
将电堆氢腔通入相对湿度
65
％
‑
75
％的湿氢气，空腔通入相对湿度
65
％
‑
75
％的湿空气，快速将氢腔背压升至
140kPa
‑
150kPa
，空腔背压升至
130kPa
‑
140kPa
，并确保氢腔压力高于空腔压力
10kPa
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维，谢佳平，纪晓阳，沈军，
申请(专利权)人：海卓动力青岛能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：