[发明专利]燃料电池管理方法

说明书

本发明提供一种燃料电池管理方法，其包括：使用供应到阴极的空气和供应到阳极的氢来除去残留在燃料电池堆中的液滴。通过停止氢和空气的供应，从而除去残留在燃料电池堆中的氢和氧，并且使得燃料电池堆中的氢和氧发生化学反应来除去残余的氢和氧。在除去残余的氢和氧后，在燃料电池堆的阴极中生成氢。利用所生成的氢追加除去残余的氧，所生成的氢吸附于阳极和阴极上形成的催化剂层的表面上，该催化剂层使空气和氢的化学反应加速。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池管理方法，该燃料电池管理方法用于防止在长期贮存燃料电池堆时发生性能下降。

背景技术

燃料电池是一种发电系统，用于将烃基物质例如甲醇、乙醇、天然气等等所含的氢和氧的化学反应能量直接转换成电能。

燃料电池根据电解质的类型可分为磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、聚合物电解质膜燃料电池等。这些燃料电池的基本原理是彼此相同的，但在燃料的类型、工作温度、催化剂、电解质等方面，它们是彼此不同的。

相比于其他燃料电池，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC：polymer electrolytemembrane fuel cell)具有非常高的输出性能、低的工作温度、快速启动和响应特性、以及广泛的应用范围。

在燃料电池系统中，实质上发电的燃料电池堆具有单元电池的叠层结构，每个单元电池包括膜电极组件(MEA：membrane-electrode assembly)和设置有气体通道的分隔件(separator)。该膜电极组件配置为使得阳极电极和阴极电极其间隔着聚合物电解质彼此附着。即，该膜电极组件具有一个聚合物电解质膜、两个电极、催化剂层、和气体扩散层的叠层结构。

当氢供应到阳极时，其通过电化学氧化反应被氧化成氢离子和电子。该氢离子通过聚合物电解质膜转移到阴极，而电子通过外电路转移到阴极。转移到阴极的氢离子与供应到阴极的氧一起引起电化学还原反应而生成热量和水，并且通过电子的移动生成电能。

在聚合物电解质膜燃料电池堆运行一段设定的时间后，其性能由于铂-碳(Pt-C)电极和构成膜电极组件(MEA)的聚合物电解质膜的劣化(degradation)而性能下降。邻近高电压阴极的铂粒子通过氧化而洗脱(elute)或消失，或由支承铂的碳的腐蚀而分离，从而降低了电化学表面积(ECSA：electrochemical surface area)。而且，包括在燃料中的一氧化碳(几ppm(parts per million))被化学吸附于铂催化剂上，从而降低了氢氧化反应(HOR：hydrogen oxidation reaction)的速率。另外，发生于高功率车辆的运行期间的局部温度上升使膜孔缩小或重新排列SO3－末端基团，因此降低了离子导电率。

另外，已知燃料电池堆的性能的下降发生在其长期贮存过程期间以及在大功率车辆运行时发生的MEA劣化期间。换而言之，在燃料电池堆存储很长一段时间的情况下，当充入阳极和阴极的空气(空气/空气(阳极/阴极))被留置很长一段时间时，每个阳极和阴极的电压都会变为大约1.0V。在这种情况下，根据以下化学式，在约1.0V的高电压下，氧化膜形成在暴露于氧和液滴的铂表面上，防止活性氧在燃料电池运行期间被吸附在铂的表面上，从而降低了还原反应速率。

[化学式]

Pt+H₂O->Pt-OH+H⁺+e^-

燃料电池堆在其存储期间发生的性能下降大多通过由可逆劣化引起的铂还原过程恢复到其原来的性能。然而，当车辆运行在燃料电池堆的存储期间形成的氧化物残存于铂表面的状态下时，加速了不可逆劣化，例如，铂从氧化物洗脱，从而降低了燃料电池车辆的燃料电池堆的耐久性。

应当理解的是，前面描述仅仅是为帮助理解本发明而提供的，并不意味着本发明落入本领域技术人员已经公知的相关技术范围内。

发明内容