一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种可抗反极的燃料电池电堆，具体涉及一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，在膜电极的铂碳催化剂中添加抗反极催化剂，得到混合催化剂，将该混合催化剂作为膜电极的氢气侧催化剂。与现有技术相比，本发明专利技术在铂碳催化剂中均匀混入抗反极催化剂，得到的混合催化剂作为膜电极氢气侧的催化剂层，可以在发生反极时，抗反极催化剂优先作用电解水，从而避免了铂碳催化剂上的碳载体或碳扩散材料发生氧化破坏，解决膜电极发生反极后性能不可恢复和衰减等问题，保证了燃料电池及燃料电池电堆的正常工作以及其工作效率和系统的可靠稳定性。可靠稳定性。可靠稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法


[0001]本专利技术涉及一种可抗反极的燃料电池电堆，具体涉及一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法。

技术介绍

[0002]燃料电池电堆受勃纳利效应(Bernoulli Effects)的影响，如果气体同时在前端板进出，则前端板的第一块双极板的膜电极由于压力差较小，因而导致通过该双极板的气体流量较少，进而容易形成堵塞，从而产生反极，如果气体在前端板进在后端板出，前后两个端板的膜电极均会由于压力差较小，导致通过该双极板的气体流量减少，形成堵塞，从而产生反极。燃料电池堆一旦发生反极，单电池中的膜电极阳极的电位升高，产生氧气，阴极的电位降低，产生氢气。阴极的负电位对碳载体的氧化破坏程度有限，然而阳极的高电位对催化剂、碳载体的氧化破坏作用较大，膜电极的性能产生不可逆转的衰减且不可恢复，从而影响整个燃料电池堆的正常工作，降低工作效率和系统可靠稳定性。
[0003]中国专利CN100361333C公开了一种可改善燃料电池堆端部单电池性能的方法，包括燃料电池堆的制作，以及燃料电池堆端部单电池的加工工艺，该加工工艺是在保证整个燃料电池堆所有导流极板的导流孔与导流槽机械加工精度与装配精度一致性的前提下，将前端部与末端部单电池导流极板的导流槽加工上仅加深0.1～20丝或加宽0.1～20丝，使前端部与末端部单电池导流极板上各流动的流体进压力与流体出压力差减小，达到与其他单电池导流极板上各流体进压力与流体出压力差相等或接近。现有技术对双极板的导流场和导流槽进行加深和加快，有利于缓解堵塞的问题，但仍然不能完全解决堵塞后反极的严重后果。
[0004]中国专利CN107452965B公开了阳极气体扩散电极和燃料电池，包括基底层、导电微孔层和电解水催化剂层，所述基底层、所述导电微孔层和所述电解水催化剂层三者依次叠合。该专利通过设置一层电解水催化剂层，用于在发生反极时保护导电微孔层，但该电解水催化剂层主要成分为贵金属及其氧化物，占50％以上，会导致该整个燃料电池电堆的所有膜电极的造价高，进而导致整个燃料电池电堆造价高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，实现了在燃料电池电堆中极易产生反极的位置的膜电极的抗反极。当产生反极时，不会对催化剂上的碳载体或碳扩散材料产生氧化破坏作用，解决膜电极产生反极后性能衰减和不可恢复的问题。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，在膜电极的铂碳催化剂中添加抗反极催化剂，得到混合催化剂，将该混合催化剂作为膜电极的氢气侧催化剂。
[0008]优选地，所述的抗反极催化剂的掺入量为0.1～10mg/cm2。
[0009]优选地，所述的抗反极催化剂的掺入量为1～8mg/cm2。
[0010]优选地，所述的铂碳催化剂与抗反极催化剂的质量比为1：1～5：1。
[0011]优选地，所述的抗反极催化剂为氧化铱或氧化钌中的一种或两种。
[0012]优选地，所述的铂碳催化剂为市售燃料电池用铂碳催化剂，将所述抗反极催化剂加入其中，混合均匀即得混合催化剂。
[0013]优选地，所述的膜电极包括质子交换膜、碳扩散层和催化剂层，所述的质子交换膜两侧设置碳扩散层，所述的催化剂层设置在质子交换膜表面或碳扩散层表面。
[0014]优选地，所述的混合催化剂作为膜电极的氢气侧催化剂涂布在质子交换膜氢气侧表面，或氢气侧碳扩散层表面。
[0015]优选地，检测燃料电池电堆各单电池的导流极板上流体进压力与流体出压力的压力差ΔP，在压力差ΔP<1～5％P(电堆运行压力)，采用涂布有混合催化剂的膜电极构成的单电池。
[0016]优选地，燃料电池电堆前端板处和后端板处3～5块单电池采用涂布有混合催化剂的膜电极构成的单电池。
[0017]各单电池的组装以及燃料电池电堆的组装均采用常规组装方式组装得到。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1、在铂碳催化剂中均匀混入抗反极催化剂，得到的混合催化剂作为膜电极氢气侧的催化剂层，可以在发生反极时，抗反极催化剂优先作用电解水，从而避免了铂碳催化剂上的碳载体或碳扩散材料发生氧化破坏，解决膜电极发生反极后性能不可恢复和衰减等问题，保证了燃料电池及燃料电池电堆的正常工作以及其工作效率和系统的可靠稳定性。
[0020]2、在铂碳催化剂中均匀混入抗反极催化剂，既减少了高价的抗反极催化剂的用量，降低了制造成本，又可以有效发挥抗反极催化剂的作用，防止催化剂层受到氧化破坏。
[0021]3、将燃料电池电堆中容易发生膜电极反极的位置，如靠近前端板和后端板的少部分单电池替换为涂布有混合催化剂的单电池，可以在解决燃料电池电堆反极问题的基础上，进一步降低制造成本，适合工业化应用。
[0022]4、无需对导流极板的导流槽进行改变，具有更好的通用性，并且可以防止发生反极后带来的破坏性后果。
附图说明
[0023]图1为实施例1
‑
3和对比例的膜电极电流
‑
电压(I
‑
V)极化曲线。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0025]实施例1
[0026]一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，在膜电极的铂碳催化剂中添加抗反极催化剂，得到混合催化剂，将该混合催化剂作为膜电极的氢气侧催化剂。
[0027]更具体地，本实施例中：
[0028]铂碳催化剂采用市售的燃料电池用的60％Pt/C催化剂，将抗反极催化剂加入其中，并混合均匀，得到混合催化剂。其中，抗反极催化剂的掺入量为0.1～10mg/cm2，在本实
施例中，混入1mg/cm2的抗反极催化剂；铂碳催化剂与抗反极催化剂的质量比为1：1～5：1，在本实施例中，为2：1；抗反极催化剂可以选用氧化铱或氧化钌或两者的混合物，在本实施例中，选用氧化铱作为抗反极催化剂。
[0029]将该混合催化剂作为氢气侧(阳极)催化剂层涂布于膜电极的质子交换膜氢气侧表面或氢气侧碳扩散层表面，并按常规方法组装得到抗反极单电池。
[0030]根据提前检测的燃料电池电堆各单电池的导流极板上流体进压力与流体出压力的压力差ΔP确定抗反极单电池和普通单电池的组装排列顺序，当压力差ΔP<1～5％P(电堆运行压力)时，将普通单电池替换为抗反极单电池，并按常规方式组装成燃料电池电堆。在本实施例中，将燃料电池电堆前端板处和后端板处的各5块单电池替换为抗反极单电池，得到可以抗反极的燃料电池电堆。其组装得到的燃料电池电堆的抗反极效果见下表1。
[0031]实施例2
[0032]一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，与实施例1不同之处在于，抗反极催化剂的掺入量为2mg/cm2，铂碳催化剂与抗反极催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，其特征在于，在膜电极的铂碳催化剂中添加抗反极催化剂，得到混合催化剂，将该混合催化剂作为膜电极的氢气侧催化剂。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，其特征在于，所述的抗反极催化剂的掺入量为0.1～10mg/cm2。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，其特征在于，所述的抗反极催化剂的掺入量为1～8mg/cm2。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，其特征在于，所述的铂碳催化剂与抗反极催化剂的质量比为1：1～5：1。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，其特征在于，所述的抗反极催化剂为氧化铱或氧化钌中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，其特征在于，所述的铂碳催化剂为市售燃料电池用铂碳催化剂，将所述抗反极催化剂加入其中，混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡里清，
申请(专利权)人：上海氢晟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：