[发明专利]一种质子交换膜燃料电池的活化方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池的活化方法，所述活化方法包括如下步骤：(1)向组装的电池中的阳极通入氢气，阴极通入氮气，之后进行LSV测试，测试的渗氢电流值高于电流密度的预设值，断开气源；(2)然后将阴极气体切换为氧气或空气，维持阴极气体的化学计量比为2和阳极气体氢气的化学计量比为1.1‑1.5，进行活化处理，之后进行极化曲线测试，若活化后连续两次极化曲线重合，则活化完成；其中，所述活化处理包括依次进行的3阶梯恒电压活化处理。本发明提供的方法，渗氢电流测试过程的引入可以使电池中的催化剂、电解质、Nafion三项界面可以达到最佳平衡状态，缩短活化时间，还可以大大提高电池中质子膜的化学稳定性，延长电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池的活化方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)由于具有能量转化效率高、低温启动快速，无污染、耐久性好、比功率高等优点，因此被认为是20世纪的最佳绿色能源之一。膜电极(Membrane Electrode Assembly，MEA)是燃料电池的核心部件，膜电极包括阳极气体扩散层、阳极边框、阳极催化层、质子膜、阴极催化层、阴极边框、阴极气体扩散层。膜电极是多相物质传输和电化学反应的场所，它决定了质子交换膜燃料电池的性能、寿命和成本。高性能的电池应具备通畅的氢质子传输通道、电子传输通道及反应物传输通道，以最快的反应速率和最少的催化剂实现电池所需的功率输出。但实际上，新制成的电池的功率密度仍然很低，其原因在于制备过程中，膜电极的结构没有达到最优化，如：(1)热压的时候，催化剂和离子聚合物压合过度，影响了质子的传递和电子的运输速度；(2)单电池增湿不够或过度，导致质子传递很慢，导致性能下降；(3)单电池在组装制备的过程中，气体扩散层与CCM间不能实现良好接触，导致接触电阻较大。为此，新制备的膜电极需要活化才能正常使用。

CN101136477A公开了一种燃料电池的活化方法，该方法包括将阳极燃料和阴极燃料分别通入燃料电池的阳极室和阴极室中使燃料电池放电，其中，所述放电包括多个放电阶段，多个放电阶段至少一个时间间隔，且电池在每个放电阶段均以恒定电流密度放电。其提供的燃料电池膜电极的活化方法能够使电池在较短的时间内完成活化操作并使电池具有较高的输出功率。

CN105895938A公开了一种质子交换膜燃料电池电堆的活化方法，步骤为：将初装完成的电堆安装在活化台上，检测气密性；在电池堆的阴极和阳极均通入氮气吹扫；设定工作温度；阳极通入不增湿的H₂，阴极通入RH80％增湿的空气，常排，气体的压力为60-100kPa，利用负载对电池堆加载电流，空气和氢气的化学计量比分别是3.5和1.5；将空气和氢气的化学计量比分别设定成3.0和1.5，在最高电流下持续运行30min；快速降低电流至0A，断开电路，通入冷却水冷却电堆，将电堆冷却至室温，然后对初装的电池堆进行二次紧固，使电池堆的压缩量达到设定的技术指标，可以简便快速的活化燃料电池电堆至最佳状态。

CN110783589A公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极的快速活化方法及其应用，所述的快速活化方法的具体步骤包括：步骤一：对燃料电池进行试漏和吹扫后，分别向阴阳极通入氧化剂和氢气，然后对燃料电池进行连续高频变电压强制活化，所述的连续高频变电压强制活化是将电压从开路电压以恒定的速率线性降低至预先设定的低电压值，当电池电压降低到该低电压值时，迅速断开电流，电池恢复至开路电压；步骤二：重复上述活化步骤一，每次活化过程均实时记录其极化曲线及功率密度曲线，若活化后连续三次极化曲线和功率密度曲线重合，则活化完成。

现有的活化方式通常采用单一的电流密度或单一的电压进行活化，虽然缩短了活化时间，但活化不彻底，不利于电极反应的彻底进行，导致输出功率密度不高，同时燃料没有进行合理的利用，浪费资源。

发明内容