[发明专利]一种磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极快速活化方法

说明书

本发明公开了一种磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极快速活化方法，属于燃料电池技术领域。在活化过程中，电池从室温升温到120℃期间，采用电化学工作站进行循环伏安扫描；利用循环伏安扫描实现了在活化的初期阶段就加速磷酸在膜电极内的重新分布，并且可以清洁电极催化剂表面附着杂质，从而使催化层暴露更多活性表面。本发明可有效缩短活化所需时间，整个活化过程只需要4‑5小时，从而为高温膜燃料电池的活化提供一个新的方法。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池快速活化方法。

背景技术

近年来，为了解决低温聚电解质膜燃料电池(PEMFC)所存在的催化剂活性低、抗一氧化碳中毒能力低、水管理过程复杂等问题，相关研究人员提出了运行温度在120-200℃范围的磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池(HT-PEMFC)，试图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。

为了达到最佳的工作效率，组装好的质子交换膜燃料电池在投入前往往需要进行活化处理，以提高催化剂的使用性能。申请号CN2016111333229的发明专利申请公开了一种质子交换膜燃料电池的活化方法，对低温质子交换膜燃料电池的活化过程采用极化性能测试和/或循环伏安测试的方式，可以起到对催化剂进行活化的作用，缩短了电池活化所需时间；申请号为CN 2005101367485的发明专利申请公开了一种使毒化的质子交换膜燃料电池性能恢复的方法，采用循环伏安法可以清除催化剂表面的杂质，恢复其催化活性。但是对于HT-PEMFC的传统活化方法依然存在活化效率低的问题，整个活化过程需要持续48小时以上，对于大面积的膜电极，所需活化时间则更长。这在一定程度上限制了HT-PEMFC的应用价值，因此发展磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池的高效活化方法，对发展高性能的HT-PEMFC具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池快速活化方法。本发明可有效缩短活化过程完成时间，整个活化过程只需要4-5小时，从而提高了HT-PEMFC的工作效率。

技术方案：为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极快速活化方法，在活化过程中，电池从室温升温到120℃期间，采用电化学工作站进行循环伏安扫描；利用循环伏安扫描实现了在活化的初期阶段就加速磷酸在膜电极内的重新分布，并且可以清洁电极催化剂表面附着杂质，从而使催化层暴露更多活性表面。包括以下步骤：

(1)对组装好的磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极的阳极和阴极分别通入氢气和氮气，并升温提高电池温度，升温速率为2℃/分钟；在升温的同时利用电化学工作站进行循环伏安扫描，循环伏安扫描电压范围为0-1.2V，扫描速率为100mV/s；

(2)当电池温度上升至120℃以后，停止循环伏安扫描，同时保持电池阳极和阴极两侧的氢气和氮气通入流量，并保持升温速率不变逐步提高电池温度直至达到180℃；

(3)保持电池运行温度在180℃，并在电池的阳极和阴极分别通入氢气和空气，同时利用电化学工作站使燃料电池在0.2A/cm²的电流密度下进行放电；

(4)将磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池温度下降至150-160℃，并继续保持电池在0.2A/cm²电流密度下放电直到电池电压稳定，活化过程完成。

优选的，所述步骤(1)，通入氢气和氮气的流量分别为0.5slpm和0.5slpm。

优选的，所述步骤(3)，通入氢气和空气的流量分别为0.5slpm和1.0slpm。

优选的，所述步骤(3)，在保持电池180℃高温条件下放电活化30-60分钟。