【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ccm活化试件及系统及方法。
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。此外
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ccm活化试件及系统及方法，提高ccm的活化效率。
2、本专利技术的一个目的是提供一种ccm活化试件，所述ccm包括质子传导膜、阳极催化层和阴极催化层，所述阳极催化层和阴极催化层分别涂布于所述质子传导膜的两侧，所述ccm活化试件包括ccm卷材；所述ccm卷材包括绝缘透气层、第一导电透气层、ccm和第二导电透气层，所述第一导电透气层、ccm和第二导电透气层依次层叠设置，所述绝缘透气层覆于所述第一导电透气层上，且所述绝缘透气层至少一端与所述第一导电透气层齐平。
3、在本技术方案中，所述导电透气层的作用是保证电化学氢泵活化时ccm的阴阳极与外接电源电导通；所述绝缘透气层的作用是防止ccm的阴阳极发生短路。导电透气层和绝缘透气层都能使气体透过，使得ccm卷材卷起时，阴极产生的氢气能够通过这两层达到阳极进行循环利用，从而实现氢气的“自产自销”，减少氢气的用量和成本。
4、所述ccm两侧的第一导电透气层和第二导电透气层优选为非粘合的连接方式，直接放上即可，在ccm活化完成后无需与导电透气层剥离，直接取出使用。所述绝缘透气层与第一导电透气层齐平的一端为ccm卷材卷起时的中心端，另一端与第一导电透气层不齐平时，留出的缺口可用于与外接电源电压设备电连接，若是另一端也齐平，则在电连接时裁剪出缺口以便电连接即可。
5、通过本方案ccm活化试件的设置，可将较长的ccm卷起同时活化，无需单独装配成电堆进行活化，提高活化效率，实现ccm的批量化活化。另外，在进行活化时无需分阴极腔和阳极腔，ccm的阴极产生的氢气可透过导电透气层和绝缘透气层达到ccm阳极，从而补充阳极所需的氢气，如此极大地减少了氢气的使用，降低了成本。
6、进一步的，还包括收卷结构，所述ccm卷材绕接于所述收卷结构上，所述绝缘透气层为ccm卷材的内侧。
7、在本技术方案中，ccm卷材的内侧端可与收卷结构连接或不连接。所述绝缘透气层为ccm卷材的内侧，即绝缘透气层为与所述收卷结构接触的一侧。本方案通过收卷结构的设置方便ccm卷材卷起，且使得ccm卷材各层材料之间紧密接触，尤其是增强导电透气层和ccm上阴阳极催化层的接触，减少接触电阻，进一步提升活化效率和活化效果。
8、进一步地，所述第一导电透气层和第二导电透气层均为碳纸或碳布，所述第一导电透气层和第二导电透气层的厚度均为10～5000μm；所述绝缘透气层为聚四氟乙烯层、聚丙烯层或聚酰亚胺层，所述绝缘透气层的厚度为10～5000μm。
9、在本技术方案中，所述导电透气层的厚度优选为100μm～3000μm；所述绝缘透气层的厚度优选为500μm～3000μm。导电透气层和绝缘透气层的适当材质选择和适当厚度，可保证其有足够的透气性，不阻碍气体的通过，同时保证其有良好的导电性或绝缘性，从而使ccm活化试件的正常活化，进一步保证活化效率的提高。
10、本专利技术的另一目的是提供一种ccm活化系统，所述活化系统包括气体供给管路、气体排出管路、气体循环管路、活化容器、电压施加机构，上述的任一种ccm活化试件置于所述活化容器中；
11、所述气体供给管路的一端通入所述活化容器的内部，所述气体排出管路的一端通入所述活化容器的内部，所述气体循环管路的两端分别连通气体供给管路和气体排出管路，
12、所述活化容器中设有第一集流板和第二集流板，所述第一集流板连接第一导电透气层，所述第二集流板连接第二导电透气层，所述电压施加机构通过第一集流板和第二集流板与所述ccm活化试件电连接。优选的，所述第一集流板与第一导电透气层为接触连接；所述第二集流板与第二导电透气层为接触连接。
13、所述气体供给管路上设有第一闸阀，所述气体排出管路上设有第二闸阀，所述气体循环管路上设有气体循环泵和增湿系统；所述增湿系统设于所述氢气循环泵和第四闸阀之间；
14、所述第一闸阀设于气体循环管路与气体供给管路的连接端远离活化容器的一侧；
15、所述第二闸阀设于气体循环管路与气体排出管路的连接端远离活化容器的一侧。
16、在本技术方案中，所述气体供给管路是气体进入活化容器的通道；所述气体排出管路是气体从活化容器排出的管道；所述气体循环管路、气体供给管路、活化容器和气体排出管路连通形成气体的循环回路；所述活化容器是活化试件发生活化的场所，所述电压施加机构是提供电源的部件。
17、所述第一闸阀用于控制气体供给管路的通断，所述第二闸阀用于控制气体排出管路的通断。
18、本方案通过气体循环管路将没有被阳极催化层消耗的氢气从活化容器中排出后再次通入活化容器，既使活化容器的内部保持着氢气氛围，也通过提高氢气的利用度减少了氢气的使用，进一步降低成本。
19、进一步地，所述活化容器为圆柱状，所述活化容器的顶面设有旋转装置，所述旋转装置与所述收卷结构可拆卸连接，所述旋转装置带动所述收卷结构旋转。
20、在本技术方案中，所述旋转装置的设置方便ccm卷材的收卷，使得ccm卷材各层材料之间紧密接触，尤其是增强导电透气层和ccm上阴阳极催化层的接触，减少接触本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种CCM活化试件，所述CCM包括质子传导膜、阳极催化层和阴极催化层，所述阳极催化层和阴极催化层分别涂布于所述质子传导膜的两侧，其特征在于，所述CCM活化试件包括CCM卷材；所述CCM卷材包括绝缘透气层、第一导电透气层、CCM和第二导电透气层，所述第一导电透气层、CCM和第二导电透气层依次层叠设置，所述绝缘透气层覆于所述第一导电透气层上，且所述绝缘透气层至少一端与所述第一导电透气层齐平。
2.根据权利要求1所述的CCM活化试件，其特征在于，还包括收卷结构，所述CCM卷材绕接于所述收卷结构上，所述绝缘透气层为CCM卷材的内侧。
3.根据权利要求1所述的CCM活化试件，其特征在于，所述第一导电透气层和第二导电透气层均为碳纸或碳布，所述第一导电透气层和第二导电透气层的厚度均为10～5000μm；所述绝缘透气层为聚四氟乙烯层、聚丙烯层或聚酰亚胺层，所述绝缘透气层的厚度为10～5000μm。
4.一种CCM活化系统，其特征在于，所述活化系统包括气体供给管路、气体排出管路、气体循环管路、活化容器、电压施加机构，权利要求1～3任一所述的CCM活化试件置于
5.根据权利要求4所述的CCM活化系统，其特征在于，所述气体供给管路上设有第一闸阀，所述气体排出管路上设有第二闸阀，所述气体循环管路上设有气体循环泵和增湿系统；所述增湿系统设于所述氢气循环泵和第四闸阀之间；
6.根据权利要求4或5任一所述的CCM活化系统，其特征在于，所述活化容器为圆柱状，所述活化容器的顶面设有旋转装置，所述旋转装置与所述收卷结构可拆卸连接，所述旋转装置带动所述收卷结构旋转。
7.一种CCM活化方法，使用权利要求4～6任一所述的CCM活化系统，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的CCM活化方法，其特征在于，步骤S3中，所述预设值为50～200kPa。
9.根据权利要求7所述的CCM活化方法，其特征在于，步骤S4中，增湿系统对氢气增湿至相对湿度为20％～200％；增湿的时间为5～300min。
10.根据权利要求7～9任一所述的CCM活化方法，其特征在于，步骤S4中，所述电化学氢泵活化为恒电位活化或恒电流活化，所述恒电位为0.001～0.25V；所述恒电流10～1500mA/cm2。
...【技术特征摘要】
1.一种ccm活化试件，所述ccm包括质子传导膜、阳极催化层和阴极催化层，所述阳极催化层和阴极催化层分别涂布于所述质子传导膜的两侧，其特征在于，所述ccm活化试件包括ccm卷材；所述ccm卷材包括绝缘透气层、第一导电透气层、ccm和第二导电透气层，所述第一导电透气层、ccm和第二导电透气层依次层叠设置，所述绝缘透气层覆于所述第一导电透气层上，且所述绝缘透气层至少一端与所述第一导电透气层齐平。
2.根据权利要求1所述的ccm活化试件，其特征在于，还包括收卷结构，所述ccm卷材绕接于所述收卷结构上，所述绝缘透气层为ccm卷材的内侧。
3.根据权利要求1所述的ccm活化试件，其特征在于，所述第一导电透气层和第二导电透气层均为碳纸或碳布，所述第一导电透气层和第二导电透气层的厚度均为10～5000μm；所述绝缘透气层为聚四氟乙烯层、聚丙烯层或聚酰亚胺层，所述绝缘透气层的厚度为10～5000μm。
4.一种ccm活化系统，其特征在于，所述活化系统包括气体供给管路、气体排出管路、气体循环管路、活化容器、电压施加机构，权利要求1～3任一所述的ccm活化试件置于所述活化容器...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。