【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种膜电极的离线活化装置及活化方法。
技术介绍
1、燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换技术，依赖于在膜电极(mea)界面上进行的电化学反应。作为燃料电池核心部件的膜电极在投入实际使用之前，需对其进行活化处理。这是因为初始的电极材料和结构通常需要进一步的调控，以优化膜电极的催化活性、物质传输能力以及三相反应界面，使其在工作中达到最佳性能。在燃料电池膜电极的诸多活化方法中，电化学氢泵由于可以节约时间和氢气成本，增加催化剂的利用率和电池性能，因此是一种极具潜力的活化方法。该方法利用电化学的原理，在阳极通入增湿的氢气，阴极通入增湿的惰性气体或者不通气，在燃料电池两端施加电压或电流，使阳极的氢气发生氧化变成氢离子，氢离子通过质子交换膜到达阴极而被还原成氢气。
2、cn200610090751.2公开了一种利用电化学氢泵的燃料电池膜电极活化方法，该专利的向膜电极的阴极侧通入水，使水起到一定的封闭作用，使得阴极产生的氢气在向外扩散的过程中产生一定的阻力，打开催化层中的封闭孔和半封闭孔，使膜电极的孔结构更加连通。cn202310800150.x公开了一种电化学增湿和电化学氢泵组合的燃料电池电堆快速活化方法，在打通水通道的同时还能改善催化层结构，激活催化剂活性，除去催化剂表面的杂质和氧化物，打通质子传导通道，从而使得燃料电池性能得到恢复。
3、以上这些电化学氢泵的方法虽然活化效果较好，但均是基于单电池装备或电堆装备在线进行，且需要对阴阳极进行分腔处理，不利于膜电极快速、批量化活化
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种膜电极的离线活化装置及活化方法，以采用电化学氢泵原理对膜电极进行活化时，活化效率提高。
2、本专利技术的一个目的是提供一种膜电极的离线活化装置，包括活化腔室、进气通道、出气通道和外接电源，所述进气通道和出气通道通过所述活化腔室连通，所述外接电源与所述膜电极电连接；所述活化腔室内连接有上绝缘板和下绝缘板，所述上绝缘板和下绝缘板之间设有多个膜电极固定位，每个膜电极固定位设有第一导电集流板和第二导电集流板，所述第一导电集流板和第二导电集流板紧贴膜电极的两侧。
3、在本技术方案中，所述活化腔室是膜电极活化的场所；在进行电化学活化时，进气通道是气体进入活化腔室的通道，所述出气通道是气体从活化腔室中排出的通道；所述上绝缘板是呈水平方向放置、连接于活化腔室上部的板块；所述下绝缘板是呈水平方向放置、连接于活化腔室下部的板块；所述膜电极固定位用于将待测膜电极固定，其可以为上绝缘板和下绝缘板上设有的结构配合将膜电极固定。待测的膜电极通过第一导电集流板和第二导电集流板与电源电连接。
4、本方案提供了一种膜电极的离线活化装置，无需将膜电极进行电堆或电池的组装便可进行活化处理，操作简单，提高了活化效率；同时，电堆和电池的其他部件结构省去，可以设置更多的膜电极固定位，即能够同时对更多的膜电极进行活化，进一步提高活化效率，实现批量化活化。再有，膜电极阴极产生的氢气可以供给相邻膜电极的阳极催化层使用，极大地减少了氢气的输入，降低了成本。
5、进一步地，所述上绝缘板设有多个上卡槽，所述下绝缘板设有与上卡槽一一对应的下卡槽，每个对应的上卡槽和下卡槽形成膜电极固定位，所述第一导电集流板设于上卡槽和下卡槽槽口的一侧，所述第二导电集流板设于上卡槽和下卡槽槽口的另一侧。
6、在本技术方案中，上卡槽是用于对膜电极上边沿进行限位的结构；下卡槽是用于对膜电极下边沿进行限位的结构；第一导电集流板和第二导电集流板在槽口将膜电极夹住紧贴。膜电极固定位为卡槽对膜电极的固定效果好，且只需在上绝缘板和下绝缘板上设置，无需另外增加固定部件，结构简单，适合批量化生产，同时也为膜电极节省出更多的空间，进一步提高活化效率。
7、进一步地，相邻两个卡槽的距离为1mm～300mm。
8、在本技术方案中，若是相邻两个卡槽距离太近，使得两个待测膜电极距离太近，则中间的膜电极阳极催化层氢气来源基本只来自相邻膜电极的阴极，影响活化效率，另外，也会造成相邻两个导电集流板接触的问题；若是两个待测膜电极距离太远，相邻膜电极阴极产生的氢气分散，减少达到相邻膜电极阳极的氢气，同时也会降低空间利用率，减少膜电极的待测数量，影响活化效率，也会增大活化腔室的体积，增加氢气的使用。因此，相邻两个卡槽之间适当的距离可以提高活化效率，为导电集流板提供足够的空间，并减少氢气的使用，降低成本。
9、进一步地，所述上绝缘板和下绝缘板的两端均与所述活化腔室的内壁的距离为0mm～100mm。
10、在本技术方案中，距离优选为10mm～60mm，绝缘板的两端与活化腔室的内壁留有适当的距离，使得扩散至顶部和底部的氢气可以通过绝缘板和内壁的缝隙进入中部膜电极的阳极催化层，即中部膜电极接触到的氢气可以为从顶部和底部通过绝缘板的氢气以及邻近膜电极的阴极产生的氢气，如此保证中部膜电极阳极催化层的氢气供应，防止欠气，从而保证活化效率；再有，如此设置避免了进气通道附近的压力过大，造成压力差导致膜电极的损坏；同时适当的距离也使得空间节省，减小活化腔室的体积。
11、进一步地，所述膜电极并联连接和/或串联连接。在本技术方案中，膜电极的接线方式灵活，可适应不同的实际需求。
12、本专利技术的另一个目的是提供一种膜电极的批量活化方法，使用上述的批量活化装置，包括以下步骤：
13、s1、将待活化的膜电极放入活化腔室的膜电极固定位中，膜电极与外接电源之间进行线路连接；
14、s2、通过进气通道向活化腔室通入增湿的氢气，检测活化腔室的气密性；
15、s3、打开外接电源，对膜电极进行电化学氢泵活化；
16、s4、活化完成后，通过进气通道向活化腔室通入氮气进行吹扫。
17、上述方法步骤简便，可操作性好。
18、进一步地，在步骤s2中，所述活化腔室的温度维持在25～85℃，所述氢气的相对湿度为20-300％。在本技术方案中，过低的温度会使得反应速率减慢，活化效果不佳或者活化时间延长；过高的温度会增加能耗，且可能导致mea材料损伤。而过低的湿度不利于质子膜和离聚物的润湿，导致活化效果不佳；过高的湿度会导致mea变形严重。
19、进一步地，在步骤s3中，所述电化学氢泵活化为通过外接电源对膜电极按预设时间进行恒电位或恒电流活化；所述恒电位为0.001v-0.25v；所述恒电流为10-2000ma/cm2。
20、进一步地，所述预设时间为5～300min。
21、在本技术方案中，预设时间可根据实际需求设定，例如根据待活化的膜电极的数量；适当的预设时间设定可保证对膜电极进行充分活化，也避免活化时间过长造成对资源的浪费。
22、进一步地，在步骤s4中，所述氮气的相对湿本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种膜电极的离线活化装置，其特征在于，包括活化腔室、进气通道、出气通道和外接电源，所述进气通道和出气通道通过所述活化腔室连通，所述外接电源与所述膜电极电连接；所述活化腔室内连接有上绝缘板和下绝缘板，所述上绝缘板和下绝缘板之间设有多个膜电极固定位，每个膜电极固定位设有第一导电集流板和第二导电集流板，所述第一导电集流板和第二导电集流板紧贴膜电极的两侧。
2.根据权利要求1所述的批量活化装置，其特征在于，所述上绝缘板设有多个上卡槽，所述下绝缘板设有与上卡槽一一对应的下卡槽，每个对应的上卡槽和下卡槽形成膜电极固定位，所述第一导电集流板设于上卡槽和下卡槽槽口的一侧，所述第二导电集流板设于上卡槽和下卡槽槽口的另一侧。
3.根据权利要求2所述的批量活化装置，其特征在于，相邻两个卡槽的距离为1mm～300mm。
4.根据权利要求1所述的批量活化装置，其特征在于，所述上绝缘板和下绝缘板的两端均与所述活化腔室的内壁的距离为0mm～100mm。
5.根据权利要求1～4任一所述的批量活化装置，其特征在于，所述膜电极并联连接和/或串联连接。
7.根据权利要求6所述的批量活化方法，其特征在于，在步骤S2中，所述活化腔室的温度维持在25～85℃，所述氢气的相对湿度为20-300％。
8.根据权利要求7任一所述的批量活化方法，其特征在于，在步骤S3中，所述电化学氢泵活化为通过外接电源对膜电极按预设时间进行恒电位或恒电流活化；所述恒电位为0.001V-0.25V；所述恒电流为10-2000mA/cm2。
9.根据权利要求8所述的批量活化方法，其特征在于，所述预设时间为5～300min。
10.根据权利要求1～9任一所述的批量活化方法，其特征在于，在步骤S4中，所述氮气的相对湿度为0％-100％，氮气吹扫时间为5～200min。
...【技术特征摘要】
1.一种膜电极的离线活化装置，其特征在于，包括活化腔室、进气通道、出气通道和外接电源，所述进气通道和出气通道通过所述活化腔室连通，所述外接电源与所述膜电极电连接；所述活化腔室内连接有上绝缘板和下绝缘板，所述上绝缘板和下绝缘板之间设有多个膜电极固定位，每个膜电极固定位设有第一导电集流板和第二导电集流板，所述第一导电集流板和第二导电集流板紧贴膜电极的两侧。
2.根据权利要求1所述的批量活化装置，其特征在于，所述上绝缘板设有多个上卡槽，所述下绝缘板设有与上卡槽一一对应的下卡槽，每个对应的上卡槽和下卡槽形成膜电极固定位，所述第一导电集流板设于上卡槽和下卡槽槽口的一侧，所述第二导电集流板设于上卡槽和下卡槽槽口的另一侧。
3.根据权利要求2所述的批量活化装置，其特征在于，相邻两个卡槽的距离为1mm～300mm。
4.根据权利要求1所述的批量活化装置，其特征在于，所述上绝缘板和下绝缘板的两端均与所述活化腔室的内壁的距离为0mm～10...
【专利技术属性】
技术研发人员：任红，卢恺振，杨娟，杨云松，叶思宇，邹渝泉，唐军柯，孙宁，吴力杰，
申请(专利权)人：鸿基创能科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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