[发明专利]在线式金属板燃料电池电堆冷却腔的表面钝化方法及装置

说明书

本发明公开了一种在线式金属板燃料电池电堆冷却腔的表面钝化装置。本发明在线式钝化，可以不拆除电堆的情况下对电堆的冷却腔进行钝化，简化电堆维护工序，降低维护成本，有利于商业化，2)不影响金属双极板焊接处的导电性，既不影响电堆的性能输出，3)降低冷却液对电堆对双极板的腐蚀，4)方法易于实现，5)对酸性钝化液进行中和处理，环境友好。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种在线式金属板燃料电池电堆冷却腔的表面钝化方法及装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种清洁的能量转换装置，将储存在氢气和氧气中的化学能转化为电能，产物只有水，并伴随热量。质子交换膜燃料电池因为其环境友好性、高的能量转化效率和低噪音而备受关注。是碳素能源社会向清洁能源社会转变的有效途径。在汽车工业、备用应急电源、分散电站及军事等领域具有广阔的应用前景。

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，具有连接单池、支撑电堆、提供气体流场、收集电流、散热、排水等作用，由阳极流场、阴极流场和冷却腔组成。双极板的材质主要是石墨和金属，为提高双极板的防腐和导电性，阴极和阳极流场表面需要经过表面处理，尤其是金属双极板阴极和阳极流场，例如，贵金属镀层、金属碳化物、金属氮化物，或者复合镀层等等。目前，很多的研究是关于阳极板的阳极流场面112和阴极板的阴极流场面114的表面改性，在这些双极板的表面工艺中，大部分没有包含，针对阳极板的113面和阴极板的115面的表面改性，也既是没有对冷却腔进行表面改性。有些复合镀层双极板的表面改性工艺中，含有钝化处理，如中国专利CN 105047975 A及CN 101510611 B所述，但这只是在组堆前对双极板的表面改性，并不是在燃料电池电堆的层面，对其冷却腔表面的钝化处理。

虽然，金属双极板会在自然条件下形成氧化膜，但是该氧化膜不够致密，当冷却液的电导率达到一定的程度时，会影响电堆的性能输出，甚至造成电池短路，为防止发生电池短路现象，对冷却液的电导率有极高的要求，通常要求小于10μS·cm^-1。目前，采取更换冷却液的方式或者采用在燃料电池动力系统的冷却回路增加去离子过滤器，来维持燃料电池供电系统的运行，但是，1)频繁的更换冷却液会降低终端用户的体验，2)去离子过滤器是易耗品，不仅会增加维护成本，也会降低用户体验，3)系统的输出性能有所降低。

综上所述，1)对金属双极板冷却腔的表面改性，以降低对冷却液的电导率的要求，2)在线式燃料电池电堆冷却腔的表面改性，对于燃料电池的商业化，十分必要。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种在线式金属板燃料电池电堆冷却腔的表面钝化方法及装置。

本发明为达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种在线式金属板燃料电池电堆冷却腔的表面钝化方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：吹扫除水、除杂，用压缩空气吹扫冷却腔；

步骤二：钝化处理，关闭开关阀32、33，打开开关阀30、31，向耐酸储液箱40加入硝酸作为钝化剂，接通耐酸泵20电源，运行20-40分钟后，切断耐酸泵电源，关闭开关阀30、31；

步骤三：中和冷却腔内钝化液，向耐碱储液箱内加入希碱性溶液；

步骤四：吹扫冷却腔残留水份，从装置上卸下电堆，用压缩空气吹扫冷却腔。

在一些实施例中，所述步骤一中调节压力至吹扫入口压力为40-70kPa，出口与大气相通，吹扫10min。

在一些实施例中，所述步骤二中硝酸浓度为25-50％。

在一些实施例中，所述步骤三中希碱性溶液为NaOH溶液或Na2HPO4溶液，打开开关阀32、33，接通耐碱泵21电源，运行，观察酸度计值，当PH在6.0-8.5区间时关闭耐碱泵21电源，停止运行，关闭开关阀32、33。