一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法技术

本发明专利技术提出一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法，包括酸液浸泡预活化

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法
。

技术介绍

[0002]燃料电池具有高效
、
低污染
、
环保等优点，逐渐应用于各个领域，例如，在交通运输领域燃料电池汽车因其零排放
、
高效节能
、
快速加注等特点成为新的宠儿；在航空航天等领域，燃料电池也有着巨大的应用潜力
。
[0003]燃料电池在正式投入使用前，必须对膜电极组件进行活化，通常认为活化的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，初装燃料电池电堆通过活化工艺，性能会逐步提升，并逐渐达到稳定
。
传统的电堆活化需要几小时至十几小时，耗时长，耗氢多
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有的燃料电池电堆活化时间长的技术问题，提出一种预活化和双氢活化相结合，活化效率高的质子交换膜燃料电池快速下线活化方法
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法，包括如下步骤：
[0007](1)
配制0‑
0.1mol/L
的稀二元羧酸溶液，室温下将膜电极浸泡在稀二元羧酸溶液内3‑
10
分钟后取出，浸入去离子水中，反复漂洗3‑5次后取出，立即组装成电堆；
[0008](2)
将组装好的电堆进行气密性检查，检查合格后与测试台架连接，测试台供氢管路与电堆氢气入口相连，电堆氢气出口与电堆空气入口连接，电堆空气出口与测试台氢气出口连接，并将电源正负极与电堆集流板相连；
[0009](3)
向电堆通入相对湿度
65
‑
100
％的湿氮气，流量5‑
10NLPM
，维持2‑3分钟确保完全排出电堆内部的氧气；随后向电堆内通入相对湿度
65
‑
100
％的氢气，流量5‑
10NLPM
，维持2‑3分钟，确保电堆内部全部为氢气；
[0010](4)
利用直流电源向电堆施加恒定电流，持续3‑
10
分钟后关闭电源，等待1‑2分钟；
[0011](5)
重复步骤
(4)
直至电压保持稳定；将水腔
、
氢腔和空腔背压降为0，用湿氮气吹扫1‑5分钟，完成活化
。
[0012]作为优选，步骤
(1)
中稀二元羧酸为乙酸或乙酸与其他二元羧酸的混合溶液
。
[0013]作为优选，步骤
(4)
中电堆冷却水温度为
68℃
‑
82℃
，冷却水流量2‑
4LPM
，背压
100kPa
‑
150kPa。
[0014]作为优选，施加电流值为
160mA/cm2‑
350 mA/cm2，且每轮电流值较上一轮升高
30mA/cm2‑
100 mA/cm2。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0016]本专利技术将预活化过程和双氢活化过程相结合，预活化过程采用稀酸溶液浸泡
、
去
离子水漂洗等工艺，有利于催化剂活性位点的暴露及质子交换膜的湿润，双氢活化活化效率高，氢气消耗量少
。
两种活化方式有利于充分发挥各自优势，提升活化效率，能有效缩短活化时间，减少氢气消耗
。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中电流随时间变化的曲线图；
[0018]图2为本专利技术中未活化
、
仅预活化
、
仅双氢活化及实施例中的电堆极化曲线图；
具体实施方式
[0019]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
。
[0020]实施例：
[0021]一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法，包括如下步骤：
[0022](1)
配制
0.05mol/L
的稀乙酸溶液，室温下将膜电极浸泡在稀乙酸溶液内5分钟后取出，浸入去离子水中
(
电导率小于
2us/cm)
，反复漂洗5次后取出，完成预活化过程
。
[0023](2)
将取出的膜电极立即组装成多块活性面积为
300cm2，单电池片数为5片，采用石墨双极板的电堆
。
将其中一块进行极化曲线测试，测试结果如图2所示
。
[0024](3)
将其余组装好的电堆进行气密性检查，检查合格后与测试台架连接
。
连接方式与在线活化测试不同，为保证氢腔和空腔均为氢气气氛，测试台供氢管路与电堆氢气入口相连，电堆氢气出口与电堆空气入口连接，电堆空气出口与测试台氢气出口连接，连接好测试台的电压巡检，并将电源正负极与电堆集流板相连
。
[0025](4)
保持电堆冷却水温度为
72℃
，冷却水流量
4LPM
，背压
120kPa。
向电堆通入相对湿度
75
％的湿氮气，流量
8NLPM
，维持3分钟确保完全排出电堆内部的氧气；随后向电堆内通入相对湿度
75
％的氢气，流量
8NLPM
，维持3分钟，确保电堆内部全部为氢气；
[0026](5)
利用直流电源向电堆施加电流值为
50A
的恒定电流，持续5分钟后关闭电源，等待1分钟；
[0027](6)
提高直流电源向电堆施加的电流，设置电流值为
70A
，持续5分钟后关闭电源，等待1分钟；
[0028](7)
再次提高直流电源向电堆施加的电流，设置电流值为
90A
，持续5分钟后关闭电源，等待1分钟，电压达到稳定，完成双氢活化过程，该过程整体耗时
30min
；该过程中设置阶梯上升的负载电流，采用温和的活化工况，可以使电堆活化的效果循循渐进，避免产生负面影响
。
[0029](8)
将水腔
、
氢腔和空腔背压降为0，用湿氮气吹扫1‑5分钟，完成活化
。
将活化后的电堆进行极化曲线测试，测试结果如图2所示
。
[0030]另将未进行任何活化的膜电极组装成与实施例中相同规格的电堆，一块直接进行极化曲线测试；另一块按照步骤
(3)
至步骤
(8)
所述过程进行双氢活化过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种质子交换膜燃料电池快速下线活化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
配制0‑
0.1mol/L
的稀二元羧酸溶液，室温下将膜电极浸泡在稀二元羧酸溶液内3‑
10
分钟后取出，浸入去离子水中，反复漂洗3‑5次后取出，立即组装成电堆；
(2)
将组装好的电堆进行气密性检查，检查合格后与测试台架连接，测试台供氢管路与电堆氢气入口相连，电堆氢气出口与电堆空气入口连接，电堆空气出口与测试台氢气出口连接，并将电源正负极与电堆集流板相连；
(3)
向电堆通入相对湿度
65
‑
100
％的湿氮气，流量5‑
10NLPM
，维持2‑3分钟确保完全排出电堆内部的氧气；随后向电堆内通入相对湿度
65
‑
100
％的氢气，流量5‑
10NLPM
，维持2‑3分钟，确保电堆内部全部为氢气；
(4)
利用直流电源向电堆施加恒定电流，持续3‑
...

【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：