[发明专利]一种质子交换膜燃料电池的快速活化系统

说明书

本发明公开一种质子交换膜燃料电池的快速活化系统，包括：外接直流电源、气体源、三通电磁阀、气体加湿器、气体排出控制装置、温度传感器与压力传感器、氢气循环泵及气体管路。使用加湿器、外加直流电源、氢气循环泵及对应气体管路即可将一定量的氢气在质子交换膜燃料电池内形成过饱和湿度条件下的循环，在较小气耗和能耗的条件下完成活化，大大缩短了质子交换膜燃料电池的活化时间，节约活化成本。使用该快速活化系统通过多种气体及连接方法，在活化系统中加入一系列的三通电磁阀来进行连接，通过三通电磁阀的自动操作达到质子交换膜燃料电池的快速活化目的，适合推广应用。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池的快速活化系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是将燃料具有的化学能直接转化为电能的绿色化学电源，使用过程中几乎不排放NO_x、SO_x等污染物，因此对质子交换膜燃料电池的研究符合当今全球发展新能源的要求。未使用过或长时间放置的质子交换膜燃料电池在使用前需要进行活化来使膜电极组件中的电解质薄膜水合以及冲刷催化剂上残留的化学品，使燃料电池的性能稳定在最优状态。

现有的活化技术一般为放电活化，即在通入氢气和空气的条件下对质子交换膜燃料电池进行大功率放电，通过电化学反应所产生的水进行质子交换膜水合以及冲刷催化剂过程。如一篇公开号为CN110690482A的中国发明专利申请公开一种质子交换膜燃料电池的活化方法，包括以下步骤：1）将预处理的质子交换膜燃料电池阳极侧通入加湿氢气，阴极侧通入加湿空气，而后设置质子交换膜燃料电池以恒定电压或恒定电流模式运行；2）设置质子交换膜燃料电池以恒定电压或恒定电流模式运行，将阳极侧施加背压，而后将阳极侧背压降低为0，并将阴极侧施加背压，再将阴极背压降低为0；3）设置质子交换膜燃料电池以恒定电压或恒定电流模式运行，将阳极侧施加背压，而后将阳极侧背压降低为0，并将阴极侧施加背压，再将阴极背压降低为0；4）设置质子交换膜燃料电池以恒定电压或恒定电流模式运行，将阳极侧施加背压，而后将阳极侧背压降低为0，并将阴极侧施加背压，再将阴极背压降低为0；5）设置质子交换膜燃料电池以恒定电压或恒定电流模式运行，从而完成质子交换膜燃料电池的单轮活化过程；6）按照步骤2）-5）重复5-10次，从而完成所述质子交换膜燃料电池的活化。

上述发明专利申请中，通过在质子交换膜燃料电池的阳极侧和阴极侧交替施加背压，使阳极侧和阴极侧形成压差，从而完成质子交换膜燃料电池的活化过程。 但该活化过程用时较长，一般为几个小时甚至十几个小时，消耗的气体及电能较多，增加了质子交换膜燃料电池的使用成本。

因此，改进质子交换膜燃料电池的活化技术，减少活化时间，降低能耗，提高使用效率，对质子交换膜燃料电池领域具有十分重要的研究意义和实用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种活化用时更少、并能降低能耗的质子交换膜燃料电池的快速活化系统。

为实现上述发明目的，本发明采取了如下技术方案。

一种质子交换膜燃料电池的快速活化系统，包括：质子交换膜燃料电池，该质子交换膜燃料电池具有阳极区、阴极区、以及将所述阳极区和所述阴极区隔开的膜电极；外接直流电源，用来对质子交换膜燃料电池的阳极区和阴极区交替施加背压；第一气体源，用来对质子交换膜燃料电池的阳极区通入加湿气体；第二气体源，用来对质子交换膜燃料电池的阴极区通入加湿气体；第一气体排出控制装置，连接在阳极区的气体出口上；第二气体排出控制装置，连接在阴极区的气体出口上；其特征在于，所述阳极区的气体出口处还通过第一管道、第一加湿器与所述阴极区的气体入口处连接，所述阴极区的气体出口处还通过第二管道、第二加湿器与所述阳极区的气体入口处连接；在所述第一管道或所述第二管道上连接有氢气循环泵；在对所述阳极区、所述阴极区进行活化时，通过所述氢气循环泵使氢气在所述阳极区和所述阴极区循环流动，并通过所述外接直流电源对质子交换膜燃料电池的阳极区和阴极区交替施加背压。