[发明专利]一种去除燃料电池气体扩散层中的水的方法

说明书

本发明提供了一种去除燃料电池气体扩散层中的水的方法。所述方法包括以下步骤：减少通入燃料电池的空气流量，降低空气计量比，使燃料电池气体扩散层中的水蒸发和/或挤压到流道中，以去除燃料电池气体扩散层中的水。本发明提供的去除燃料电池气体扩散层中的水的方法通过降低空气计量比的控制方法，增大发热量，使得凝结的水滴蒸发为水蒸气，解决水淹问题；同时通过降低空气计量比，使得燃料电池的膜上附着的催化剂温度向两侧呈逐渐降低趋势，形成压力梯度，导致水分子从气体扩散层中被挤压到流道中，随气体排放到系统外，解决了系统的水淹问题。相比于现有技术中采用过量气体吹扫的方法，本发明可以更有效更快速地去除气体扩散层中存在的水。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种去除燃料电池气体扩散层中的水的方法。

背景技术

水管理是燃料电池运行过程中的重点与难点，直接关系到燃料电池的性能指标甚至是寿命，水淹是不良的水管理的表现之一。水淹将阻碍气体的流动，导致反应缺气而引发气体副反应，加速催化层内碳的腐蚀，还会引起局部的温度热点。

现有解决水淹的方法是向流道中通入过量干空气进行吹扫解决电堆的水淹问题。

在燃料电池中，阳极的H₂分解成H⁺和e^-，H⁺移动到电解质中与空气极侧供给的O₂发生反应。e^-经由外部的负荷回路，再返回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系列的反应促成了e^-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。从上可以看出由H2和O₂生成的H₂O，除此以外没有其他的反应，H₂所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生。

电化学反应产生的水蒸气通过催化剂层和GDL排放到通道中。在此过程中，一些蒸汽被凝聚在气体扩散层(GDL)的孔内。

CN103490083A公开了一种燃料电池防水淹控制方法。通过流程参数计算和试验测试得到燃料电池正常运行条件下氢气压力降的理论值。通过水淹试验和流道参数得到防止水淹的压力降控制上限。通过对反应温度和稳定时间的调节实现防止水淹的控制过程。

CN108258268A公开了一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置，燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，方法包括：获取电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线；采集当前氢气侧压力降，并在当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据第一电堆和第二电堆的电压或电流判定故障电堆；减小故障电堆流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。

CN105720274A公开了一种在燃料电池催化层中防止孔道水淹的方法，涉及燃料电池。包括以下步骤：1)根据催化剂的孔道结构和孔径大小选择不堵塞催化剂孔道的疏水剂；2)将疏水剂加入催化剂浆料中，使疏水剂均匀覆盖在粒子表面，在燃料电池催化层中构建防水透气膜，实现在燃料电池催化层中防止孔道水淹。

CN109037724A公开了一种抑制燃料电池气体扩散层水淹的膜，以脱油沥青为碳源，二茂铁为催化剂，纤维状压电材料作为基底材料，使用真空等离子体化学气相沉积在压电材料纤维表面生长碳纤维，之后将负载碳纤维的压电材料纤维与环氧树脂及助剂进行复合，通过涂膜、热压工序制备为燃料电池用/碳布。

但是上述方法去除燃料电池气体扩散层中的水的效果均有待进一步提升。

发明内容