[发明专利]一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法

说明书

本发明涉及一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法，步骤包括：电堆的气密性检查；升温电堆，阴阳极通入氮气吹扫；阳极通入氢气，阴极通入氮气，阳极气压大于阴极气压；阴极的氮气切换成空气；进行欠氧活化；进行恒电流放电活化，记录极化曲线1；重复欠氧活化和恒电流放电活化，获取多条极化曲线，判断新的极化曲线与上一条极化曲线之间的单片电池的阻抗的偏差是否小于0.2mΩ，若是，继续判断新的极化曲线与上一条极化曲线之间的电压偏差是否小于10mV，完成电堆的活化。本发明快速对催化剂表面氧化物进行还原，提高催化剂的活性，提升其利用率，充分润湿质子交换膜，建立良好的离子通道，加快活化电堆，减少氢气使用量。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”目标的指引下，继太阳能、风能等新能源迎来快速发展后，氢能作为公认的低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢能热度持高不下，是有原因的。作为一种清洁能源，它具有高比例压缩、大规模储存、能量无衰减等特性。其来源广泛、应用广泛，可有效降低化石能源比重，提高清洁发展水平，发展氢能是构建“多能互补”能源供应体系的重要载体，是实现能源转型升级的重要助力。

因此，人们越来越关注环保且效率优异燃料电池汽车，以取代造成环境污染的内燃机汽车。其中质子交换膜燃料电池是燃料电池车的核心部件，它是一种直接将氢气的化学能经反应后直接转化成电能、热能和水的电化学装置。其特点是零污染，排放为水；能源利用率高。只要有足够的燃料气体氢气和氧气，就可以长时间连续运行。

燃料电池堆是由数百个单元电池组成。每个单电池包括膜电极和其两侧的双极板。其中膜电极由气体扩散层、催化层、质子交换膜组成。

在燃料电池对组装完成后，并不能直接使用，燃料电池堆的初始性能比较低。因此，在使用前必须对电堆活化，使燃料电池堆达到最大的初始性能。燃料电池的活化是通过水充分润湿质子交换膜，确保氢离子通道；去除聚合物电解质膜或电极中的杂质以提高离子电导率；还原氧化铂，提高催化活性；建立一个良好的三相反应界面，使燃料电池电堆发挥出最佳工作状态和性能。

目前，燃料电池电堆快速活化的方式一般都是通过通入加湿氮气预活化，然后使燃料电池电堆长时间处于大电流下来实现。但这种方式存在不足：这种活化方式需要的时间较长，消耗的氢气量较大，影响后期燃料电池堆大批量生产。因此，需要一种活化工艺，可以加快燃料电池堆的活化时间，同时减少活化所使用的氢气量，为燃料电池汽车的量产做准备。

中国专利CN202210004379.8公开了一种质子交换膜燃料电池堆的阳极活化方法，步骤包括：检测电堆的气密性；升温电堆，阳极阴极通入氮气吹扫；阳极通入氢气，阴极通入氮气，阳极气压大于阴极气压；拉载单片电池电压；阴极的氮气切换成空气；对单片电池进行电压加载，并按固定电压值进行递减式加载电压；重复对单片电池进行电压加载，获取多条极化曲线，判断新的极化曲线与上一条极化曲线之间的电压偏差是否小于10mV，完成电堆的活化。该专利对催化剂表面氧化物进行还原，提高催化剂的活性，提升催化剂的利用率，但该专利缺点为：加入预活化，对膜进行一定润湿，但是依旧采用恒电流活化，加速活化效果不明显。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法，通过交流阻抗仪来判断质子交换膜的阻抗大小，采取相应的活化手段，更有效的进行活化；极大缩短了燃料电池电堆活化的时间，减少氢气使用量；通过使用更先进的设备，能更好的判断膜电极的状态，针对不同的膜电极状态，采用不同的活化方法，因此在活化中使用交流阻抗仪，可以很好的判断膜电极中膜的阻抗，显示出质子交换膜的润湿程度，针对这一状态采用不同的活化方式，快速完成电堆活化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法，具体步骤如下：