[发明专利]一种增强高温膜燃料电池性能稳定性的方法

说明书

本发明提供了一种增强高温膜燃料电池性能稳定性的方法，包括以下步骤：第一步，制备高温膜燃料电池用膜电极；第二步，将制备成功的高温膜燃料电池与两块面积5cm²的曲迂流道的石墨流场板通过密气垫封，组装成单电池装置；第三步，将单电池装入燃料电池性能测试系统中进行进行700小时的放电稳定性测试；其特征在于燃料电池的电极结构制备过程中催化剂层掺入一定量的氧化锆粉末，可与电池运行过程中渗出的磷酸结合，生成磷酸锆或磷酸氢锆化合物，减少电池运行过程是磷酸的损失，本发明所述增强高温膜燃料电池性能稳定性的方法简单，掺入氧化锆粉末后气体扩散电极催化层具有更好的运行稳定性，可为高温膜燃料电池的运行稳定性的提升提供一个新的方法。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种增强高温膜燃料电池性能稳定性的方法。

背景技术

近年来，由于石油、煤炭等矿物能源的大规模使用所带来的一系列环境问题日益严重，使得燃料电池作为一种清洁能源利用技术在世界范围内得到大力的支持和发展。在我国制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中也将燃料电池技术作为一个重要的清洁能源发展方向。在种类繁多的燃料电池类型中，聚电解质膜燃料电池（PEMFC）因为在电动汽车动力源方面广阔的应用前景而受到重点关注。近年来，为了解决低温PEMFC运行中催化剂活性低、水管理过程复杂、抗CO中毒能力低、难以利用非纯氢气燃料等问题，相关研究人员提出了运行温度在120℃ - 200℃范围的高温膜燃料电池（HT-PEMFC），通过提高燃料电池运行温度解决低温PEMFC面临的上述问题，从而进一步提高PEMFC的工作性能，降低PEMFC制备和运行成本。目前，高温膜燃料电池已经成为PEMFC 技术的一个重要的发展方向。

催化层是聚电解质膜燃料电池的关键部件，发展高性能的燃料电池催化层，解决目前催化层存在的催化剂活性不足以及运行稳定性相对较差等问题，对提升燃料电池的实际运行效率和可靠性具有重要的影响。

近年来，国内外为提高燃料电池催化层的稳定性提出了多种技术方案。例如，申请号为201510572192.8的中国专利提供了一种高活性高稳定性燃料电池复合催化剂的制备方法。该方法通过Pt/C 催化剂表面包覆一层多巴胺，利用多巴胺对过渡金属阳离子良好的吸附性能来吸附金属前驱体，再通过二氧化硅控制聚合物前驱体的热解损失及热处理形貌转换。该发明方案克服了催化剂在烧结过程中的迁移团聚与长大的缺点，可有效控制颗粒尺寸，催化剂有高活性的比表面积，并具有很好的稳定性。申请号为201611085583.8的中国专利公布了一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法，该专利利用含氟或者含硅的基团对碳基催化剂表面进行疏水化处理，可以及时排出低温PEMFC在运行过程中形成的水滴，从而提高电池运行的稳定性。申请号为PCT/EP2010/005907的PCT专利提出了一种具有高电导率以及在酸性环境中良好稳定性的PEMFC电催化剂载体。该专利所用的催化剂载体材料含有金红石 Ti-Nb 复合氧化物，并载体上负载铂催化剂。通过稳定性实验证明，该催化载体上形成的Ti-Nb 复合氧化物膜可有效提高催化层的稳定性。

然而，目前关于高温质子交换膜燃料电池催化层稳定性改进的报道相对较少。本发明针对以磷酸为质子导体的高温质子交换膜燃料电池，通过改进催化层及电极制备方法，减少磷酸在运行过程中损失，从而强化高温质子交换膜电池运行的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强高温膜燃料电池性能稳定性的方法，从而提高高温膜燃料电池运行过程的稳定性，达到增强燃料电池性能的目的。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种增强高温膜燃料电池性能稳定性的方法，包括以下步骤：

第一步：制备高温膜燃料电池用膜电极；

第二步：将制备成功的高温膜燃料电池与两块面积5cm²的曲迂流道的石墨流场板通过密气垫封，组装成单电池装置；