一种透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法技术

本发明专利技术涉及一种透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，用以在燃料电池停车后进行保存处理。应用本发明专利技术对使用后的透水双极板燃料电池进行处理，可以避免电池氢腔、氧腔、以及膜电极组件(MEA)内部长时间存留过多水，防止MEA因长期水浸泡发生性能衰减、以及低温环境中因水结冰而损坏，有利于燃料电池长期保存和再次(低温)启动运行。

A storage method of PEMFC with permeable bipolar plates

【技术实现步骤摘要】
一种透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法
本专利技术属于燃料电池领域，具体涉及一种透水双极板质子交换膜燃料电池停车后的长期保存方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种通过膜电极上的电催化反应将燃料与氧化剂中的化学能直接高效地转化为电能的发电装置。众所周知，燃料电池在停车后通常需要进行气体吹扫。停车吹扫目的主要包括两方面：一方面通过吹扫可将电池膜电极组件(MEA)及燃料腔(氢腔)和氧化剂腔(氧腔)中的液态水吹出电池，防止MEA因长期被水浸泡而发生性能衰减；对于低温环境(<0℃)保存、启动的燃料电池，如果水吹扫不净，则水在低温条件下结冰、体积膨胀，可能会对MEA组件产生破坏性的损害，严重影响再次启动后的电池性能。另一方面，气体吹扫可以将电池内残余的燃料和氧化剂排出电池，避免阴、阳极因产生较高的电位而使得电催化剂载体腐蚀(US5013617，US5045414)。电池停车吹扫结束后进行保存时电池管路全部封闭，管路内部气体一般为常压。上述吹扫过程适用于传统极板燃料电池的保存处理，这里所述传统极板是指极板氢腔、氧腔、冷却剂腔(水腔)三腔完全分隔开的极板。近年来出现了一种透水双极板质子交换膜燃料电池，所述透水双极板(WO2008/082402A1,CN101501909A)除具有传统双极板的流体分配、导电、冷却、分隔燃料和氧化剂等功能外，还由于其氢/氧腔与水腔间透水板的存在具有透水、阻气、增湿功能。采用这种透水双极板的燃料电池在停车后、吹扫保存处理过程与传统燃料电池有所不同：普通的氢氧腔惰性气体吹扫方法无过多限制，只需保证氢氧腔气体压力差不高于质子交换膜所能承受的最大压差即可。而对于透水双极板燃料电池，为保持透水板透水不透气的特性，方便下次使用，氢氧腔吹扫压力除需满足膜要求外，还要求不能高于透水板泡点(即：透水板开始漏气时氢氧腔与水腔间的最小压力差)。另外，普通极板燃料电池吹扫结束后，只需将电池氢腔、氧腔、水腔管路封闭即可，但对于透水双极板燃料电池，停车吹扫结束后水腔里的水也可以利用透水板多孔结构所产生的毛细作用力返回氢氧腔，使MEA再次浸泡于水中，进而导致电池发生性能衰减。因此，因此现急需一种适合透水双极板燃料电池的保存方法，可以使得透水双极板燃料电池在停车后放置过程中性能不发生衰减(或衰减幅度在可接受范围内)，以便能够再次正常启动、运行。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种针对透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，用以在燃料电池停车后的放置处理。具体技术方案如下：本专利技术提供一种透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，所述方法为燃料电池停车后的保存方法，所述方法步骤如下：由于透水双极板通常存在两种：一是氢腔与水腔、氧腔与水腔均存在透水板；另一种情况则是仅氧腔与水腔间存在透水板，氢腔与水腔间相互分隔，不透水、不透气。上述两种透水双极板燃料电池保存方法略有不同，分别介绍如下：对于氢腔与水腔、氧腔与水腔均存在透水板情况：电池停车后放置保存过程中，氢腔、氧腔通入一定压力气体，保持透水双极板氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在一定压力差，使得氢腔、氧腔内部残存的水依靠压力梯度作用进入水腔，从而去除电池氢腔、氧腔、以及MEA内液态水，避免膜电极组件(MEA)被水浸泡。这里所述透水双极板氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在一定压力差，是指氢腔和氧腔气体压力均高于水腔。对于仅氧腔与水腔间存在透水板的情况：电池停车后放置保存过程中，氢腔、氧腔通入一定压气体，保持透水双极板氢腔、氧腔、水腔压力梯次降低，使得氢腔内部残存的水依靠压力梯度作用进入氧腔，氧腔内的水同样在压力梯度作用下再进入水腔，从而去除电池氢腔、氧腔、以及MEA内液态水，避免MEA被水浸泡。这里所述透水双极板的氢腔、氧腔、水腔压力梯次降低，是指氢腔、氧腔、水腔中氢腔气体压力最高、水腔最低。基于以上技术方案，优选的，所述氢腔、氧腔需通入一定压力的惰性气体，所述一定压力，是指氢腔、氧腔内气体压力需要同时满足以下要求：(1)氢腔、氧腔内气体压力差不高于质子交换膜所能承受的最大压差，防止膜因两侧压力差过大而损坏；(2)透水板两侧压力差不高于其泡点，防止破坏透水板透水不透气的特性，避免影响电池下次正常使用。基于以上技术方案，优选的，对于氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在透水板时，氢腔与水腔、氧腔与水腔间压力差均不低于1kPa(本专利技术中所述压力均为相对压力)，优选不低于10kPa。基于以上技术方案，优选的，对于仅氧腔与水腔间存在透水板时，所述氢腔、氧腔、水腔中的任意两腔间压力差均不低于1kPa，优选不低于10kPa。基于以上技术方案，优选的，由于燃料电池中液态水传输介质(包括质子交换膜、扩散层、透水双极板等)中孔隙为纳米～微孔量级，水传输需要时间，对于本专利技术专利透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，所述氢腔、氧腔、水腔任意两腔间压力差保持时间不低于1min，优选不能低于5min，以利于电池内部水充分排出。基于以上技术方案，优选的，所述氢腔、氧腔均需通入具有一定压力的气体，所述气体是指空气、氧气或惰性气体；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气；所述气体优选惰性气体。有益效果本专利技术的优点：应用本专利技术对使用后的透水双极板燃料电池进行处理，可以避免电池内部长时间存留过多水，防止MEA因长期水浸泡、或因处于低温环境中水结冰而导致性能衰减，有利于燃料电池长期保存和再次启动。附图说明图1实施例中氢腔、氧腔、水腔气体压力分布示意图。具体实施方式为使熟悉该项技艺人士了解本专利技术的目的、特征及功效，由下述具体实施例，对本专利技术详加说明。实施例1本实施例中透水双极板质子交换膜燃料电池，共120节，其所用的MEA所能承受的最大压力差为50kPa，透水板位于氧腔与水腔间，泡点为30kPa，氢腔与水腔间不透水、不透气。燃料电池使用完毕后需要在低温-5℃环境中保存，则所需处理方法如下：首先对氢氧腔进行惰性气体氮气吹扫，吹扫过程中保持氢腔、氧腔间气体压力均为20kPa，去除氢/氧腔内大部分水、以及残留的燃料和氧化剂。普通吹扫结束后氢腔、氧腔继续通入氮气，保持氢腔压力20kPa、氧腔压力15kPa、水腔压力为0(对外敞开)，使得透水双极板氢腔、氧腔、水腔压力梯次降低，如附图1所示。氢腔、氧腔、水腔压力保持10min，此时间段内在压力差作用下，氢腔内部残存的水透过MEA进入氧腔，继而通过透水板进入水腔，从而防止MEA浸泡于水中，也避免了低温环境中内部水结冰对膜、催化层等的损坏，使得电池能够长期低温保存、并方便下次正常启动运行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，其特征在于，所述方法为燃料电池停车后的保存方法，所述方法步骤如下：/n所述燃料电池的氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在透水板时：向氢腔、氧腔通入一定压力气体，使氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在一定压力差，保持压力一段时间，使得氢腔、氧腔内部残存的水依靠压力梯度作用进入水腔；/n所述燃料电池仅氧腔与水腔间存在透水板时：向氢腔、氧腔通入一定压力气体，使氢腔、氧腔、水腔压力梯次降低，保持压力一段时间，使得氢腔内部残存的水依靠压力梯度作用进入氧腔，氧腔内的水同样在压力梯度作用下最后进入水腔。/n

【技术特征摘要】
1.一种透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，其特征在于，所述方法为燃料电池停车后的保存方法，所述方法步骤如下：
所述燃料电池的氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在透水板时：向氢腔、氧腔通入一定压力气体，使氢腔与水腔、氧腔与水腔间均存在一定压力差，保持压力一段时间，使得氢腔、氧腔内部残存的水依靠压力梯度作用进入水腔；
所述燃料电池仅氧腔与水腔间存在透水板时：向氢腔、氧腔通入一定压力气体，使氢腔、氧腔、水腔压力梯次降低，保持压力一段时间，使得氢腔内部残存的水依靠压力梯度作用进入氧腔，氧腔内的水同样在压力梯度作用下最后进入水腔。


2.根据权利要求1所述透水双极板质子交换膜燃料电池的保存方法，其特征在于，所述氢腔、氧腔需通入一定压力的惰性气体，所述一定压力，是指氢腔、氧腔内气体压力需要同时满足以下要求：
(1)氢腔、氧腔内气体压力差不高于质子交换膜所能承受的最大压差...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，耿江涛，陈中岩，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21