[发明专利]一种快速激活质子交换膜燃料电池的方法

说明书

一种快速激活质子交换膜燃料电池的方法，包括以下步骤：步骤一、让质子交换膜燃料电池电堆处于额定功率5％‑30％的带载状态，然后打开燃料的进出阀门；步骤二、等待3‑10s后通入氧化剂，运行3‑60s；步骤三、按照步长为额定功率的5％‑30％逐步加载到额定功率的5％‑90％，每个步长之间间隔为3‑60s；步骤四、采取方式将燃料电池电堆的单片阴极侧电势降到0.1V以下，并维持0.05‑60s；步骤五、恢复燃料电池电堆至额定工作点功率的95％‑120％，运行5‑60s。本发明的有益效果是：本发明针对质子交换膜燃料电池性能衰减的本质提出了普适的根本性的激活和恢复方法，即降低燃料电池阴极侧的电势，进而可以有很多种方式可以实现降低燃料电池的阴极电势，所以可选择性、可操作性和便捷性都大大增加。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种快速激活质子交换膜燃料电池的方法。

背景技术

燃料电池作为一种清洁环保、能量密度高的电化学装置，是实现氢经济的重要一环。近些年来，随着能源问题、环保问题日益凸显，燃料电池作为一种可能的解决方式，在世界范围都兴起了研究的热潮。西方发达国家已经在燃料电池技术领域实现了许多突破，已经逐步走向了商业化的道路。目前，我国无论政府、高校还是企业，都对燃料电池表现出了前所未有的热情，力求以此来解决当前能源结构所带来的问题。目前在燃料电池的研究以及商业化中，质子交换膜燃料电池都占据了主导地位。

燃料电池的核心反应部件是膜电极。燃料在膜电极阳极侧被氧化，氧化剂在阴极侧被还原。以氢氧质子交换膜燃料电池为例，阳极：H₂→2H⁺+2e^-，阴极：0.5O₂+2H⁺+e^-→H₂O，总反应：H₂+0.5O₂＝＝H₂O。目前燃料电池的阴阳电极都需要有催化剂来保证电极反应能够以可接受的速度进行，其中商用的以Pt催化剂为主。从催化剂喷涂至质子交换膜到膜电极被用来组装成电堆往往会有较长的时间间隔，期间催化剂往往会不可避免的接触到CO等空气中的污染物，从而导致Pt催化剂被氧化，失去催化电极反应的能力。另外，质子交换膜内部传输质子时需要水的参与，而质子交换膜实际开始应用时往往处于比较干燥的状态，从而导致质子传输能力变差。基于以上两个原因，质子交换膜燃料电池在装堆完成到实际使用之前以及间隔一段时间使用之前都要有一个“活化”的过程，及激活电堆性能的过程。

专利CN201610061662公布了一种加速燃料电池活化的方法，即在燃料电池阴极侧通入空气并进行强制放电处理；专利JP2006192709中提出了让燃料电池在预先设定的不同电压下恒电压运行来进行活化；专利CN200610127612声明了一种让燃料电池变电流密度运行来进行活化的方法。国内外还有很多其它的关于燃料电池活化的专利。这些专利中的方法一般都涉及以下两个缺点：一是整个活化流程所需要的时间比较长，一般有几到十几个小时，在进行电堆批量化生产时会产生巨额的时间和氢气成本；二是活化操作的流程较为复杂，不便于自动化进行和由客户自主进行操作。尤其是阴极开放式空冷燃料电池电堆，在使用过程中经常需要进行激活的流程，所以更加需要一种能够快速有效地激活电堆性能的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速激活质子交换膜燃料电池的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种快速激活质子交换膜燃料电池的方法，包括以下步骤：

步骤一、让质子交换膜燃料电池电堆处于额定功率5％-30％的带载状态，然后打开燃料的进出阀门；

步骤二、等待3-10s后通入氧化剂，运行3-60s；

步骤三、按照步长为额定功率的5％-30％逐步加载到额定功率的5％-90％，每个步长之间间隔为3-60s；