[发明专利]一种质子交换膜燃料电池堆的活化方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池堆的活化方法。本发明的活化方法包括电流加载前的预湿活化、阴极采用不增湿的空气替代增湿空气对电池进行变电流强制放电处理。本发明通过预湿使质子交换膜和电极充分湿润，同时利用开路电压清除电极表面不稳定的催化剂和杂质，使膜电极快速激活；采用干空气代替加湿空气进行变电流强制活化，能够避免电堆在大电流情况下堵水出现严重的浓差极化从而影响电堆性能，同时变电流强制活化可以在较短的时间内让电堆在高工作电流下达到最佳性能，本发明的活化方法能够加快质子交换膜燃料电池堆的活化效率，不需要频繁切换气源，简化了操作步骤，适用于各种额定功率的燃料电池堆。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池堆的活化方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将燃料和氧化剂中储存的化学能经过电化学反应直接转化为电能的装置，它以启动快、效率高、能量密度大、噪音低、零排放等优点受到人们的广泛注意, 被认为是替代内燃机成为未来车用动力的主流形式。为了使质子交换膜燃料电池有一个良好的水气传输和质子传导环境，需要对新制作的燃料电池电堆进行活化处理。膜电极作为燃料电池的核心部件，由阴阳极扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜五部分组成。在活化过程中主要对膜电极部件的催化层和质子交换膜进行活化，以提高催化层特别是阴极催化层催化剂的利用率和使质子交换膜充分水合。

目前，燃料电池电堆活化通常采用强制恒电流或者强制恒电压放电的方式来活化膜电极，通过使燃料电池电堆长时间处于大电流或小电压下来实现对膜电极的活化，目的是在大电流下膜电极电化学反应产生的水在阴极逐渐增多，产物水向电池外部扩散的过程中，一方面改善了阴极催化层的孔结构，使水和气体能更顺畅的通过；另一方面产物水也可以通过质子交换膜反扩散到阳极侧，提升了质子交换膜的水合程度，提高了质子向阴极侧传导的速率，同时也降低了燃料电池电堆的内阻。但这种方法存在不足：质子交换膜燃料电池电堆在大电流状态下运行时，阴极侧扩散层中水含量容易过量，造成膜电极水淹，阻碍产物水和气体的传输，导致催化层催化剂的利用率降低，影响催化层表面的电化学反应，进而影响质子交换膜燃料电池堆的活化效果，因此在活化过程中水管理影响着燃料电池堆的活化效率和效果，如果水管理不当，会造成缺水或水淹。

为了改善上述问题，CN110416556A公开了一种燃料电池堆的活化的方法，但是活化方法操作复杂，需要多次切换气体，仅适合小功率电堆或单体电池，对数百节电池的大功率电堆来说气体切换比较缓慢，需要浪费大量的气体和时间进行气体吹扫，在电堆实际操作中也容易因为部分膜电极欠气而发生反极反应，对燃料电池造成不可逆损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供了一种质子交换膜燃料电池堆的活化方法。本发明通过预湿使质子交换膜和电极充分湿润，同时利用开路电压清除电极表面不稳定的催化剂和杂质，使膜电极快速激活；采用不加湿的空气代替加湿的空气进行变电流强制活化，能够避免电堆在大电流情况下堵水出现严重的浓差极化影响电堆性能，同时变流强制活化可以在较短的时间内让电堆在高工作电流下达到最佳性能，本发明的活化方法能够加快质子交换膜燃料电池堆的活化效率，不需要频繁切换气源，简化了操作步骤，适用于各种额定功率等级的燃料电池堆。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池堆的活化方法，包括以下步骤：

（1）将质子交换膜燃料电池堆平稳放置在测试台上，阴极和阳极通入氮气，吹扫5-10min；

（2）开启加热和冷却水循环装置，控制燃料电池堆的温度不超过65℃；

（3）按一定的化学计量比通入气体，阴极通入加湿空气，阳极通入加湿氢气，持续30-60min，对电堆进行预湿活化处理；

（4）关闭空气加湿通道，打开空气干气通道；

（5）开启电子负载，对电堆进行变电流强制放电活化；