一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法技术

本发明专利技术公开了一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，包括以下步骤：将电堆的阴阳极进气通道，灌满去离子水；清空去离子水，通入相对湿度100％的N2；停止进N2后，通入氢气和空气，在低电密及低工作温度下运行，进行激活电堆；待电堆激活后，设置电堆的活化运行条件；对燃料电池进行连续变电流强制活化，将电堆从开路以恒定的速率拉载电流至预先设定的电流值，在预先设定的电流值下，电堆运行一段时间后，再以恒定的速率降载电流至电堆恢复开路状态；重复变电流过程，直到电堆的平均电压和单体极值电压差的变化值趋于稳定，活化完成。本发明专利技术可重复性操作，批量测试生产，以弥补现有的商业化大面积质子交换膜燃料电池电堆活化方法的缺少。的缺少。的缺少。

【技术实现步骤摘要】
一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法。

技术介绍

[0002]燃料电池电堆是由多个单电池串联起来，两端加上集流板和端板后用螺栓或捆绑的方式组装而成。当燃料电池电堆完成组装后，需要对它进行活化处理，才能达到车用的最佳状态。经过活化处理，电堆的性能会逐步上升，后达到平衡，也就意味着活化过程的结束。电池电堆活化过程和机理非常复杂，目前广泛认为活化过程，包含以下几个过程的建立：质子交换膜的加湿过程；物质(包含电子、质子、气体、水)传输通道的建立过程；电极结构的优化过程；提高催化剂的活性和利用率(主要是阴极Pt)。
[0003]目前常用的燃料电池活化方法主要有以下三种工艺：1、恒流自然活化；2、恒流强制活化；3、变流强制活化。恒流自然活化和恒流强制活化所采用的电流密度、电池温度和气体压力较低，通过长时间恒电流放电进行活化，活化时间较久且长时间活化会消耗大量氢气以及额外的增湿装置，增加了成本的同时不利于连续化批量生产。目前现有的变流强制活化方法，主要是面向小面积的单电池的活化方法或者面向电池节数较少的短堆，对于商业性化的大面积大功率燃料电池堆，缺少一种对电堆的可批量快速活化的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，可重复性操作，批量测试生产，以弥补现有的商业化大面积质子交换膜燃料电池电堆活化方法的缺少。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将质子交换膜燃料电池电堆的阴阳极进气通道，灌满去离子水；
[0007]S2：清空去离子水，通入相对湿度100％的N2对电堆进行吹扫；
[0008]S3：停止进N2后，通入氢气和空气，在低电密及低工作温度下运行，进行激活电堆；
[0009]S4：待电堆激活后，根据电堆条件敏感性实验设置电堆的活化运行条件；
[0010]S5：在活化条件下，对燃料电池进行连续变电流强制活化，将电堆从开路以恒定的速率拉载电流至预先设定的电流值，在预先设定的电流值下，电堆运行一段时间后，再以恒定的速率降载电流至电堆恢复开路状态；
[0011]S6：重复步骤S5，直到每次拉载至预先设定的电流值时，电堆的平均电压和单体极值电压差的变化值趋于稳定，则活化完成。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，还包括以下步骤：
[0013]S7：电堆完成活化后,在步骤S4活化运行条件下，电堆以恒定的速率进行连续强制升电流，直至电堆平均电压小于等于0.6V或单体极值电压差大于等于40mV，则将电堆运行条件调整至峰值功率测试条件，继续以恒定的速率进行连续强制升电流，直至电堆平均电
压小于等于0.6V或单体极值电压差大于等于40mV，再以恒定的速率降载电流至开路状态；
[0014]S8：重复步骤S7中峰值功率测试条件下运行步骤，直至电堆平均电压小于等于0.6V或单体极值电压差大于等于40mV时，电堆的电流值无法再继续拉升为止，得到电堆最大峰值功率。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述预先设定的电流值小于所述步骤S8中无法再继续拉升的最终电流值。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述质子交换膜燃料电池电堆在峰值功率测试条件下，能够进行极化曲线测试。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1中去离子水的温度为40℃。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中通入氢气和空气的计量比为2:3，所述低电密为小于0.5A/cm2的电密，所述低工作温度为低于60℃的工作温度，至少运行3min来激活电堆。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中活化运行条件包括阳极和阴极的气体压力、相对湿度、进口冷却剂温度及H2和空气用气计量比。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，对于活性面积为260cm2的168片质子交换膜燃料电池电堆，所述活化运行条件为阳极和阴极的气体压力分别是90kpa和80kpa、相对湿度RH70％、进口冷却剂温度58℃及H2和空气用气计量比是1.7:2.7。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中预先设定的电流值为340A，在340A下，电堆运行3min后，再以恒定的速率降载电流至电堆恢复开路状态。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述峰值功率测试条件为阳极和阴极的气体压力分别是110kpa和100kpa、相对湿度RH60％、进口冷却剂温度63℃及H2和空气用气计量比是1.5:2.4。
[0023]本专利技术的有益效果：本专利技术通过对质子交换膜进行润湿、电堆激活达到预热效果，并通过优化后的电堆运行条件，进行变流强制活化，对放电电流进行不同的、有针对性的调控，可对电堆进行重复性操作，活化效果一致，可商业化批量测试，且通过电堆的平均电压和单体极值电压差的变化值趋于稳定判断，使电堆完全活化，精准判断活化标准，避免电堆未达到完全活化效果，有效保障电堆的使用性能。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例二和实施例三在活化过程中活化循环次数与平均电压值变化曲线示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例二和实施例三在活化前和活化后的极化曲线示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例三在活化后和测峰值功率后的极化曲线示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0028]实施例一
[0029]本专利技术实施例一提供一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，包括以下步
骤：
[0030]S1：将质子交换膜燃料电池电堆的阴阳极进气通道，灌满去离子水；
[0031]S2：清空去离子水，通入相对湿度100％的N2对电堆进行吹扫；
[0032]S3：停止进N2后，通入氢气和空气，在低电密及低工作温度下运行，进行激活电堆；
[0033]S4：待电堆激活后，根据电堆条件敏感性实验设置电堆的活化运行条件；
[0034]S5：在活化条件下，对燃料电池进行连续变电流强制活化，将电堆从开路以恒定的速率拉载电流至预先设定的电流值，在预先设定的电流值下，电堆运行一段时间后，再以恒定的速率降载电流至电堆恢复开路状态；
[0035]S6：重复步骤S5，直到每次拉载至预先设定的电流值时，电堆的平均电压和单体极值电压差的变化值趋于稳定，则活化完成。
[0036]具体的，步骤S1中去离子水的温度为40℃；步骤S3中通入氢气和空气的计量比为2:3，所述低电密为小于0.5A/cm2的电密，所述低工作温度为低于60℃的工作温度，至少运行3min来激活电堆；步骤S4中活化运行条件包括阳极和阴极的气体压力、相对湿度、进口冷却剂温度及H2和空气用气计量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将质子交换膜燃料电池电堆的阴阳极进气通道，灌满去离子水；S2：清空去离子水，通入相对湿度100％的N2对电堆进行吹扫；S3：停止进N2后，通入氢气和空气，在低电密及低工作温度下运行，进行激活电堆；S4：待电堆激活后，根据电堆条件敏感性实验设置电堆的活化运行条件；S5：在活化条件下，对燃料电池进行连续变电流强制活化，将电堆从开路以恒定的速率拉载电流至预先设定的电流值，在预先设定的电流值下，电堆运行一段时间后，再以恒定的速率降载电流至电堆恢复开路状态；S6：重复步骤S5，直到每次拉载至预先设定的电流值时，电堆的平均电压和单体极值电压差的变化值趋于稳定，则活化完成。2.如权利要求1所述的一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，其特征在于：还包括以下步骤：S7：电堆完成活化后,在步骤S4活化运行条件下，电堆以恒定的速率进行连续强制升电流，直至电堆平均电压小于等于0.6V或单体极值电压差大于等于40mV，则将电堆运行条件调整至峰值功率测试条件，继续以恒定的速率进行连续强制升电流，直至电堆平均电压小于等于0.6V或单体极值电压差大于等于40mV，再以恒定的速率降载电流至开路状态；S8：重复步骤S7中峰值功率测试条件下运行步骤，直至电堆平均电压小于等于0.6V或单体极值电压差大于等于40mV时，电堆的电流值无法再继续拉升为止，得到电堆最大峰值功率。3.如权利要求2所述的一种商业化大面积燃料电池电堆的活化方法，其特征在于：所述预先设定的电流值小于所述步骤S8中无法再继续拉升的最终电流值。4.如权利要求2所述的一种商业化大面...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬冬，张超，管俊生，王文智，陶安文，戴俊，
申请(专利权)人：苏州弗尔赛能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：