[发明专利]一种燃料电池电堆的活化方法及其应用

说明书

本发明提供一种燃料电池电堆的活化方法，包括以下步骤：步骤S1，将燃料电池电堆安装至燃料电池测试台上，向燃料电池阳极通入加湿氢气，向燃料电池阴极通入液态水；步骤S2，设置燃料电池电堆温度为50～90℃；步骤S3，将燃料电池电堆连接电子负载放电，对燃料电池电堆进行活化。本发明实施例操作简单，活化过程无需附加额外电源，活化步骤少，活化效率高，活化成本低，对燃料电池电堆的活化用时少、活化速率高，大大提高了燃料电池电堆的生产效率，该活化方法，可适用于各种额定功率等级的燃料电池电堆，适用范围广。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池电堆的活化方法及其应用。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池由于启动快、效率高、能量密度大、噪音低、零排放等特点，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。

为使质子交换膜燃料电池工作时能快速达到最佳性能，通常组装好一个燃料电池电堆之后，需要在特定的条件下对燃料电池电堆进行活化处理，主要是完成对电极结构的优化，进而提高燃料电池电堆活化速率。

现有技术中，一般采用恒电流强制放电或者恒电压强制放电的方法对燃料电池电堆进行活化，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。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电堆的活化效果，而且大电流的活化方法主要使活化质子交换膜水合，但对膜电极催化层结构的活化并不充分，因此这种方法的活化效率有限。

为了改善上述问题，专利US6730424B1公开一种燃料电池电堆的活化的方法，所述方法的步骤为：（1）阳极通加湿的氢气；（2）阴极通加湿的惰性气体；（3）外接电源给燃料电池施加电流，即电源正极接燃料电池阳极，电源负极接燃料电池阴极。该方法通过外加电源给燃料电池两侧施加电压，使阳极的氢气被氧化以质子的形式穿过催化层和质子交换膜到达阴极，质子在到达阴极的过程中由于外加电压的作用在阴极被还原重新生成氢气，阴极生成的氢气打开了催化层被封闭的孔，提高了孔隙率，优化了阴极催化层的孔结构，从而实现对燃料电池电堆活化的活化。该方法活化效果持久，但操作复杂，且需要附加电源，使得该方法受到极大限制，且该方法主要是活化电极结构，忽略了质子交换膜的活化，导致燃料电池电堆活化时间长，效率低，活化效果不理想。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种工艺简单、可缩短电池活化时间、提高生产效率且经济实用的燃料电池快速活化的方法。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池电堆的活化方法，包括以下步骤：

步骤S1，将燃料电池电堆安装至燃料电池测试台上，向燃料电池阳极通入加湿氢气，向燃料电池阴极通入液态水；

步骤S2，设置燃料电池电堆温度为50～90℃；

步骤S3，将燃料电池电堆连接电子负载放电，对燃料电池电堆进行活化。

具体地，步骤S1中，所述氢气的相对湿度为10～100%，气体流量为0.6～5mL/cm²/片，压力为0.5～3bar。

具体地，步骤S1中，所述氢气的相对湿度为50～70%，气体流量为0.8～1.2mL/cm²/片，压力为1～1.2bar。

具体地，步骤S1中，所述液态水的温度为20～100℃，压力为0.5～3bar。

具体地，步骤S1中，所述液态水的温度为85～95℃，压力为1～1.2bar。