[发明专利]一种活化燃料电池电堆的方法

说明书

本发明涉及一种活化燃料电池电堆的方法，在使用膜电极组装电堆后，初次活化过程中，先使用加湿气体对膜电极进行增湿，再对电堆进行拉载活化。与现有技术相比，本发明无苛刻的操作条件，可避免对膜电极的破坏，降低膜电极的氢空串漏比例。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种活化燃料电池电堆的方法。

背景技术

燃料电池是一种能够通过电化学方式将储存在燃料和氧化剂中的化学能进一步转化为直流电能的能量转换装置。其在原理上与蓄电池相似，都是通过电化学氧化还原反应，实现电子通过外电路在阴阳极的迁移。但在形式上与柴油发电机相近，需要持续不断地供给燃料和空气，排放废气和废水，输出电能。

燃料电池性能的高低在很大程度上取决于膜电极(Membrane ElectrodeAssembly,MEA)或CCM(Catalyst-coated Membrane)性能的发挥，MEA的组成部分(如电催化剂、质子交换膜、气体扩散层等)或CCM组成部分(如电催化剂、质子交换膜)的性能以及MEA或CCM的制备工艺对其性能固然有较大的影响，然而对于给定的MEA或CCM，为了使其在较短的时间内迅速达到和发挥其固有的最佳性能，需要对燃料电池进行有效的活化。因此，新生产的燃料电池通常需要活化来达到其最佳的性能。

多种燃料电池的活化方法已经被提出和研究，例如电流控制、电压控制、氢泵的方法、CO氧化剥离的方法以及膜电极的电化学方法等。但是这些方法主要是在单片堆或小功率(如功率小于1kw)的电堆得到验证，但目前对于工业上应用的较大功率电堆的活化方法和过程的报道非常少。

发明专利CN102097631B提出了一套适用于质子交换膜燃料电池的“五通道理论”，即水、热、气体、质子、电子五种进出通道，并基于该理论，提出了膜电极的活化方法，通过向气体流道持续通入去离子水，可以使膜电极充分润湿；通过调整电堆夹具，可以在降低欧姆极化和浓差极化之间得到一个最佳范围；在通入反应气体后，通过调整负载使电池按照预置步长梯度输出电流，可以使水、热、电子、质子、气体五种传输通道内部进行调整，让更多催化剂成为有效反应点，使活化效果更佳。

值得注意的是，一些采用苛刻条件进行电堆活化的方法，如在MEA装堆之前在沸水或蒸汽中进行高温处理，或CO氧化剥离的方法等，不符合工业化生产安全的要求。此外，已经报道的活化方法还存在工艺复杂、活化时间长、氢气消耗量大等缺点。因此，在工业生产中，亟需开发活化时间短、工艺简单、条件温和、氢气消耗量低的电堆活化方法。

发明专利CN102097631B中提出的方法，在装堆后对MEA使用去离子水进行润湿，一方面较难控制去离子水在电堆里的分配，无法保证每片MEA得到充分的润湿，润湿时间长、效果较差；另外，去离子直接润湿可能会在电堆内残留大量液态水，在后续的活化过程中，如恒电流活化中增加拉载的难度，甚至导致电堆在活化和后续正常运行中发生水淹，引发反极。且由于MEA润湿引起厚度变化，后续需要进一步调整电堆夹具，活化过程复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种活化燃料电池电堆的方法，方法简单，可避免在电堆中引入过多的液态水。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种活化燃料电池电堆的方法，在使用膜电极组装电堆后，初次活化过程中，先使用加湿气体对膜电极进行增湿，再对电堆进行拉载活化。

进一步地，所述的加湿气体对膜电极进行增湿过程中，使用内阻测试仪对电堆内阻进行监控。

所述的加湿气体相对湿度为20～100％，气体温度为20～80℃，加湿时间为1～30min。

所述的加湿气体包括氮气、氦气、氢气或空气，相对湿度为50～100％，温度为20～75℃。

优选的，所述的温度为20～40℃。