一种燃料电池电堆的快速活化方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池电堆的快速活化方法，该方法包括以下步骤：(1)将电子负载的电流密度拉载至第一电流密度，并恒流运行一段时间；(2)选取若干个电流密度，并将电子负载的电流密度从低到高依次拉载至选定的电流密度，并分别在每个电流密度下使电堆阴极缺氧放电；(3)将电子负载的电流密度拉载至第二电流密度，恒流运行一段时间；(4)观察电堆电压是否稳定，若电压不稳定，则重复步骤(2)、(3)，直至电压稳定，即电堆活化完成。在第一电流密度恒流阶段使MEA吸水湿润；阴极缺氧放电是利用氢泵效应打通质子交换膜的质子和气体传输通道。与现有技术相比，本发明专利技术方法活化电堆的效率较高，活化时间缩短至1小时内，耗氢量较低。耗氢量较低。耗氢量较低。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆的快速活化方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及一种燃料电池电堆的快速活化方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料氢气和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效发电装置，是继水力发电、火力发电、化学发电之后第四种发电方式，燃料电池可以持续发电，且生成物主要是水，基本上不排放有害气体，因此更加清洁环保，燃料电池拥有很多优势，由于其没有传统热机卡诺循环的限制，具有远高于内燃机30％
‑
35％的能源转换效率，燃料电池最高能效转化率超过60％，且具备污染低、无机械震动、噪音低、能适应不同功率要求、可连续性发电、可靠性高等优势性能。
[0003]目前，现有燃料电池电堆的活化方法普遍是在电池堆的阴阳极通气后，在恒流模式下对电堆进行加载电流，通过在高电流条件下的长时间运行达到活化的目的。但是采用该方式对燃料电池电堆进行活化时，高电流的运行不仅增加了燃料氢气的消耗，长时间的活性运行也增加了活化运行成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种燃料电池电堆的快速活化方法，以克服现有技术中燃料电池电堆活化时间较长或燃料氢气消耗较大等缺陷。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种燃料电池电堆的快速活化方法，包括以下步骤：
[0007](1)在电堆的阳极、阴极分别通入氢气、空气，将电子负载的电流密度拉载至第一电流密度，并恒流运行一段时间；
[0008](2)选取若干个电流密度，并将电子负载的电流密度从低到高依次拉载至选定的电流密度，并分别在每个电流密度下，使电堆阴极缺氧放电，缺氧放电操作过程具体为：
[0009]在恒流模式下降低阴极化学计量比，然后运行至电堆单节燃料电池的电压降至设定值，再立即将阳极/阴极化学计量比恢复为初始值，并继续恒流运行直至电压稳定；
[0010](3)将电子负载的电流密度拉载至第二电流密度，恒流运行一段时间；
[0011](4)观察电堆电压是否稳定，若电压不稳定，则重复步骤(2)、(3)，直至电压稳定；若电压稳定则说明电堆活化完成。
[0012]进一步的，步骤(1)中，第一电流密度为300
‑
700mA/cm2，恒流运行的时间为5～15min。
[0013]进一步的，步骤(1)中，阳极、阴极的露点温度分别为50
‑
60℃、60
‑
70℃，电堆温度为70
‑
75℃。
[0014]进一步的，步骤(1)中，通入阳极、阴极的气体压强分别为50
‑
100kPa、40
‑
80kPa。
[0015]进一步的，步骤(2)中，选取3
‑
5个电流密度，且选取的电流密度为300
‑
1000mA/cm2。
[0016]进一步的，步骤(2)中，阳极/阴极化学计量比的初始值为1.5：2.5，降低阴极化学计量比后的阳极/阴极化学计量比为1.5：(0.5
‑
1.0)。
[0017]进一步的，步骤(2)中，所述设定值为0.05
‑
0.2V。
[0018]进一步的，步骤(2)中，每个电流密度下重复缺氧放电操作过程3
‑
5次。
[0019]进一步的，步骤(3)中，所述第二电流密度为1000
‑
1500mA/cm2，恒流运行的时间为15
‑
25min。
[0020]进一步的，步骤(4)中，若电堆单节燃料电池的电压波动大于5mV，则电压不稳定，若波动小于5mV，则电压稳定。
[0021]在燃料电池电堆第一电流密度恒流阶段可使膜电极(Membrane Electrode Assembly，MEA)充分吸水湿润降低燃料电池传质阻抗。间歇阴极缺氧放电则是利用氢泵效应打通质子交换膜的质子或气体传输通道，达到MEA活化效果。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术方法大大加快了燃料电池电堆活化效率，采用本专利技术方法活化可以将活化缩短至1小时内；
[0024](2)本专利技术方法活化燃料电池电堆的耗氢量较小。
附图说明
[0025]图1为本专利技术燃料电池电堆快速活化流程图；
[0026]图2为实施例1中3节金属电堆快速活化过程中电流电压变化图；
[0027]图3为对比例1常规活化与实施例1中3节快速活化对比图；
[0028]图4为对比例2常规活化与实施例2中370节快速活化对比图；
[0029]图5为实施例2中1000mA/cm2活化前后电堆各节燃料电池的电压对比图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0031]以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
[0032]以下各实施例中，使用群益HTS
‑
2000燃料电池测试平台对燃料电池电堆进行活化处理。
[0033]以下各实施例中，所用3节金属堆和370节金属堆均由河南豫氢动力有限公司提供。
[0034]实施例1：
[0035]本实施例对3节金属堆进行快速活化(活化过程中电流电压见图2)，具体实施步骤如下：
[0036]步骤1：将待活化的电池堆安装在测试平台上，连接气体管路、冷却水管道及电子负载。通入N2对电池堆的阴极和阳极进行吹扫。启动电子负载，使得测试平台与电子负载进行连接通讯。设置测试平台水罐预热温度，开启水泵，对准备活化的电池堆进行预热处理。
设置各管路温度。
[0037]步骤2：待预热结束后，选择计量比模式，分别在阳极(a)、阴极(c)通入氢气、空气，并开启循环水，设置电堆工作参数：P(a/c)(压强比)＝100kPa：80kPa(通入阳极、阴极的气体压强分别为100kPa、80kPa)，Stoich(a/c)(化学计量比)＝1.5：2.5，DP(a/c)(露点温度)＝55℃/65℃，T电堆＝75℃。接通电子负载拉载至500mA/cm2恒流运行10min。
[0038]步骤3：将电子负载降至300mA/cm2，并将Stoich(a/c)(化学计量比)改为1.5：0.8，当电堆的单节燃料电池的电压降至0.1V，立即将Stoich(a/c)(化学计量比)改为1.5：2.5，直至电压稳定。
[0039]步骤4：重复步骤3操作5次。
[0040]步骤5：将电子负载依次拉至500/700/900mA/cm2，并分别重复步骤3、4。
[0041]步骤6：将电子负载升至1000mA/cm2恒流20min，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的快速活化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在电堆的阳极、阴极分别通入氢气、空气，将电子负载的电流密度拉载至第一电流密度，并恒流运行一段时间；(2)选取若干个电流密度，并将电子负载的电流密度从低到高依次拉载至选定的电流密度，并分别在每个电流密度下，使电堆阴极缺氧放电，缺氧放电操作过程具体为：在恒流模式下降低阴极化学计量比，然后运行至电堆单节燃料电池的电压降至设定值，再立即将阳极/阴极化学计量比恢复为初始值，并继续恒流运行直至电压稳定；(3)将电子负载的电流密度拉载至第二电流密度，恒流运行一段时间；(4)观察电堆电压是否稳定，若电压不稳定，则重复步骤(2)、(3)，直至电压稳定；若电压稳定则说明电堆活化完成。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于，步骤(1)中，第一电流密度为300
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700mA/cm2，恒流运行的时间为5～15min。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于，步骤(1)中，阳极、阴极的露点温度分别为50
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60℃、60
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70℃，电堆温度为70
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75℃。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于，步骤(1)中，通入阳极、阴极的气体压强分别为50
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，楚天阔，明平文，杨代军，张存满，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：