一种电堆中催化剂活性的检测方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种电堆中催化剂活性的检测方法及其应用，所述检测方法包括：保持阴极的气流量恒定不变，保持阳极与冷却液的运行条件不变，电堆设置为恒电流模式，将阴极的初始气压调整为目标气压，计算得到所述目标气压下电堆的输出电压相对于初始气压下电堆的输出电压的变化比例的绝对值；将所述绝对值与设定对比值进行对比，若所述绝对值小于或等于所述设定对比值，则所述催化剂活性不合格，反之，所述催化剂活性合格。本申请提供的电堆中催化剂活性的检测方法无需额外引入检测设备，检测成本较低，检测方法较为简单，操作难度较小，检测要求较低且检测的准确度较高。要求较低且检测的准确度较高。要求较低且检测的准确度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种电堆中催化剂活性的检测方法及其应用


[0001]本专利技术属于燃料电池催化剂
，涉及一种电堆中催化剂活性的检测方法，尤其涉及一种电堆中催化剂活性的检测方法及其应用。

技术介绍

[0002]燃料电池在使用过程中，催化剂受到各种因素影响，不断衰减，性能不断降低。需要定期进行催化性能恢复操作，来恢复催化剂性能的可恢复部分。为了更好的安排燃料电池的自动维护工作，需要一种简单的办法来判断催化剂性能衰减程度。
[0003]通过测量电化学阻抗谱(EIS)来检测催化剂的性能，测量设备技术复杂，成本较高；通过测量高频阻抗(HFR)来检测催化剂的性能，实际测量结果为质子交换膜电阻，而无法直接检测催化剂的性能。同时，这两种技术方案的测试结果都受燃料电池运行状态的影响，无法实现电堆内部催化剂性能的有效检测与处理。
[0004]CN101622748A公开了一种燃料电池系统的电极催化剂的老化判断方法，利用转换器使燃料电池的输出电压降低并实施对燃料电池的催化剂的活化处理，并且在停止从压缩机向燃料电池的氧化气体的供给的条件下，作为循环伏安法的测定，利用转换器进行使燃料电池的输出电压在一定范围内产生变化的扫描，并且利用电流传感器计测还原电流，利用控制装置对该计测值进行积分。控制装置基于该积分值求出燃料电池的电极催化剂的电荷量，判断该电荷量是否比老化判断值小，并在显示器上显示该判断结果。可以高精度地判断燃料电池的电极催化剂有无老化。但是，该燃料电池系统的电极催化剂的老化判断方法需要使用大量的外加设备，不但增加了检测成本，增大了燃料电池的体积，同时该燃料电池系统的电极催化剂的老化判断方法较为复杂，操作难度大且要求较高，不利于大规模推广使用。
[0005]CN112886037A公开了一种燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法和装置，涉及质子交换膜燃料电池堆
，其中，方法包括：在燃料电池堆阳极供给氢气、阴极供给惰性气体，控制燃料电池堆温度、气体流量、气体背压和气体湿度分别维持对应的预设数值，燃料电池堆中的各片燃料电池维持在稳定浓差电势；向燃料电池堆施加多次不同的电压激励或微电流激励，采集整堆电流信号和各片燃料电池的电压信号；根据燃料电池激励
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响应公式解析各片燃料电池膜电极的氢渗透电流、催化剂活性面积、双电层电容和短路电阻。同样的，该燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法较为复杂，操作难度大且要求较高，不利于大规模推广使用。
[0006]目前公开的电堆中催化剂活性的检测方法都有一定的缺陷，存在着测量设备复杂，检测成本较高，检测方法较为复杂，操作难度大，要求较高且受燃料电池运行状态的影响而无法实现电堆内部催化剂性能的有效检测的问题。因此，开发设计一种新型的一种电堆中催化剂活性的检测方法至关重要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种电堆中催化剂活性的检测方法及其应用，本申请提供的电堆中催化剂活性的检测方法无需额外引入检测设备，检测成本较低，检测方法较为简单，操作难度较小，检测要求较低且检测的准确度较高。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种电堆中催化剂活性的检测方法，所述检测方法包括：
[0010]保持阴极的气流量恒定不变，保持阳极与冷却液的运行条件不变，电堆设置为恒电流模式，将阴极的初始气压调整为目标气压，计算得到所述目标气压下电堆的输出电压相对于初始气压下电堆的输出电压的变化比例的绝对值；将所述绝对值与设定对比值进行对比，若所述绝对值小于或等于所述设定对比值，则所述催化剂活性不合格，反之，所述催化剂活性合格。
[0011]本申请提供的电堆中催化剂活性的检测方法无需额外引入检测设备，检测成本较低，检测方法较为简单，操作难度较小，检测要求较低且检测的准确度较高。
[0012]质子交换膜燃料电池的电化学反应性能由催化剂处理性能和反应物浓度共同决定。催化剂处理性能充足，反应物浓度未达到反应速率饱和极限，则压力提升导致的反应物浓度提升可以在催化剂性能范围内提高燃料电池输出性能；而催化剂处理性能不足，反应物浓度已达到反应速率饱和极限，则压力提升导致的反应物浓度提升的影响受到催化剂性能上限的限制，导致燃料电池输出性能提升较低。
[0013]本专利技术中通过保持电堆的输出电流设置为恒电流，将阴极的气压由初始气压调整为目标气压，从而根据阴极的气压调整前后的电堆的输出电压的变化比例与设定对比值的大小关系来判断电堆中催化剂的活性是否合格，原理为通过调整阴极气压来改变催化剂表面氧气浓度：当催化剂性能较好，活性位点多，氧气浓度的提升可以进一步提升催化剂活性位点的利用率，因此可以较大提升电堆性能；当催化剂性能较差，活性位点少，利用率已接近极限，氧气浓度提升对电堆性能提升的影响受到限制，因此电堆性能提升幅度较小。
[0014]本专利技术中选择改变阴极的气压，而不是阴极的气流，其原因是阴极气压的变化不改变电堆内部含水量，从而避免电堆内部含水量变化对判断结果的影响；若选择改变阴极的气流，而不是改变阴极的气压，则会导致电堆内部含水量变化，从而难以判断电堆性能变化是由于催化剂活性还是电堆含水量。
[0015]优选地，所述目标气压与初始气压之比为(0.7～0.9):1，例如可以是0.7:1、0.72:1、0.74:1、0.76:1、0.78:1、0.8:1、0.82:1、0.84:1、0.86:1、0.88:1或0.9:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术中目标气压与初始气压之比为(0.7～0.9):1时，目标气压小于初始气压，即通过降低气压的方式来改变气压。
[0017]优选地，所述目标气压与初始气压之比为(1.1～1.3):1，例如可以是1.1:1、1.12:1、1.14:1、1.16:1、1.18:1、1.2:1、1.22:1、1.24:1、1.26:1、1.28:1或1.3:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]本专利技术中目标气压与初始气压之比为(1.1～1.3):1时，目标气压大于初始气压，即通过提高气压的方式来改变气压。
[0019]优选地，所述目标气压与初始气压之比为(1.15～1.25):1，例如可以是1.15:1、
1.16:1、1.17:1、1.18:1、1.19:1、1.2:1、1.21:1、1.22:1、1.23:1、1.24:1或1.25:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述设定对比值为2～15％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述变化比例的测试方法包括：
[0022]测量得到初始气压下电堆的第一输出电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电堆中催化剂活性的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：保持阴极的气流量恒定不变，保持阳极与冷却液的运行条件不变，电堆设置为恒电流模式，将阴极的初始气压调整为目标气压，计算得到所述目标气压下电堆的输出电压相对于初始气压下电堆的输出电压的变化比例的绝对值；将所述绝对值与设定对比值进行对比，若所述绝对值小于或等于所述设定对比值，则所述催化剂活性不合格，反之，所述催化剂活性合格。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述目标气压与初始气压之比为(0.7～0.9):1。3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述目标气压与初始气压之比为(1.1～1.3):1。4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述目标气压与初始气压之比为(1.15～1.25):1。5.根据权利要求1～4任一项所述的检测方法，其特征在于，所述设定对比值为2～15％。6.根据权利要求1～5任一项所述的检测方法，其特征在于，所述变化比例的测试方法包括：测量得到初始气压下电堆的第一输出电压，测量得到目标气压下电堆的第二输出电压，所述变化比例等于所述第二输出电压与所述第一输出电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦建明，白云飞，占静玲，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：