[发明专利]一种质子交换膜燃料电池吹扫装置及方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池吹扫装置，包括燃料电池堆(1)、空气单元和氢气单元，所述空气单元与燃料电池堆(1)的阴极(10)连接，所述氢气单元与电池堆的阳极(11)连接，所述空气单元与氢气单元连接。与现有技术相比，结构简单，利用已有的设备减少碳氧化的发生，对于燃料电池发动机汽车来说，燃料电池系统不增加任何附属设备，电池系统体积和质量无需增大。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池吹扫装置及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池以氢气和空气为反应物，生成电与水。其转换效率高且完全无污染、零排放，是未来车载能源的发展方向。目前，世界各大汽车公司及科研机构正致力于开发质子交换膜燃料电池汽车，所以能否解决其耐久性的问题，对燃料电池汽车能否产业化有着至关重要的意义。质子交换膜燃料电池的关键材料—膜电极组件的寿命越长，燃料电池的耐久性越好。但是，当燃料电池启机吹扫时，阴极氧气的电极电势较高，易与碳载体形成微回路，在燃料电池阴极建立电化学电池，使阴极侧的碳载体发生氧化，导致阴极催化剂结构的永久退化。所以，必须采取其他方法减少碳的腐蚀，提升燃料电池的耐久性。

为了提升燃料电池的耐久性，通常采用优化设计膜电极内部三相反应界面，常用的设计方案有Pt合金化处理，Pt表面修饰处理，以碳纳米材料、导电陶瓷为催化剂载体，在催化剂中间层加入碳化钨等方法。但是，以上方法不仅大幅提高了燃料电池系统的成本，而且无法避免燃料电池在启机过程的碳损伤。目前，为了在燃料电池系统中保护膜电极组件在启机过程不被腐蚀，通常使用氮气吹扫燃料电池，但是该方法需要额外增加附件，存在燃料电池系统体积和质量增大的问题，影响了其移动性能，提高了燃料电池系统的附加费用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种质子交换膜燃料电池吹扫装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种质子交换膜燃料电池吹扫装置，包括燃料电池堆、空气单元和氢气单元，所述空气单元与燃料电池堆的阴极连接，所述氢气单元与电池堆的阳极连接，所述空气单元与氢气单元连接。

所述的空气单元与氢气单元通过第一单向阀连接，所述第一单向阀出口连接空气单元。

所述的第一单向阀为直通式第一单向阀或直角式第一单向阀。

所述的第一单向阀的出口通过第一质量流量控制器连接空气单元。

所述的空气单元包括空气进入子单元，所述空气进入子单元包括依次连接的空气过滤器、空气泵、第二单向阀和第二质量流量控制器，所述第二质量流量控制器与阴极的入口连接，所述氢气单元连接于阴极的入口与第二质量流量控制器之间。

所述的空气进入子单元包括第一压力传感器，所述第一压力传感器连接于空压机与第二单向阀之间。

所述的氢气单元包括氢气进入子单元，所述氢气进入子单元包括依次连接的储氢罐、减压阀、第三单向阀和第三质量流量控制器，所述第三质量流量控制器与阳极的入口连接。

所述的氢气单元包括氢气排出子单元，氢气排出子单元包括与阳极的出口连接的氢气循环泵，所述的氢气循环泵连接于第三单向阀与减压阀之间的第一连接点，所述空气单元连接于第三单向阀与连接点之间的第二连接点。

所述的氢气进入子单元包括第二压力传感器，所述第二压力传感器连接于第一连接点与二连接点之间。

一种使用所述的质子交换膜燃料电池吹扫装置的吹扫方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：氢空混合气体通入燃料电池堆的阴极，氢气通入燃料电池堆的阳极；

步骤S2：燃料电池堆连接负载并对燃料电池堆进行拉载操作，使燃料电池堆的单板电压下降至0.8V；