[发明专利]能恢复被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池性能的恢复，具体地说是一种可以使被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能得到恢复的方法，从而推动了燃料电池的发展。

背景技术

目前燃料电池由于其高的能量转化效率、对环境友好等特点受到广泛重视，而质子交换膜燃料电池还具有室温快速启动、无电解液流失、寿命长等特点，被认为是可移动电源的最佳候选电源。然而燃料(氢或净化重整气)和氧化剂(空气或氧气)中微量杂质气体可能会造成电催化剂中毒，使电池性能下降，而这些杂质气体有时是很难避免的。目前，为了提高PEMFC的寿命，也就是提高质子交换膜电极性能和耐久性，许多研究机构在抗杂质气体的影响方面作了大量的工作。其中研究较多的是一氧化碳(CO)导致电极中毒问题如在文献1 US Patent 4,910,099中提出通过在阳极燃料入口处连续注入2％～6％的氧气，从而在电催化剂的作用下将100～500ppm的一氧化碳(CO)氧化成对电极影响较小的二氧化碳(CO₂)。在文献2WO 2005/071785中采用了一个有多孔材料和选择性吸收膜组成的杂质去除装置，该装置可以除去氧化剂(空气)中的杂质气体如硫化氢(H2S)、硫氧化物(SO_X)和氮氧化物(NO_X)。如何提高燃料电池抗硫化氢，目前并没有很好的解决办法，因此一种能迅速、有效地恢复被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能的方法是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以使被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能得到快速恢复的方法，本方法简单可行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

1)通过给中毒电池外加高电压，可以将吸附在催化剂表面的、造成电池中毒的硫化氢或其他硫化物氧化；高电位的值可以为1.0V-1.5V；

2)由于部分Pt催化剂也在高电位被氧化，再通过外加低电压，将被氧化的催化剂还原，恢复其电化学活性，从而使电池性能得到恢复；低电位的值可以为0V-0.5V。

所述高电位持续时间可以为10s-5min，低电位的持续时间可以为10s-5min。

其具体操作过程如下，

1)先将被硫化氢毒化的电池停止工作，并在中毒的电极侧通入惰性气体(如氮气、氦气等)，在另一侧通入氢气；

2)通过外电路给中毒的电池加高电压，且中毒的电极侧接外电路的高电压端，将吸附在催化剂表面的、造成电池中毒的硫化氢或其他硫化物氧化；

3)随后施加低电压，使被氧化的Pt催化剂还原，恢复其活性。

本发明具有如下优点：

1、本发明通过给中毒电池外加高电压，可以将吸附在催化剂表面的、造成电池中毒的硫化氢或其他硫化物氧化，由于部分Pt催化剂也在高电位被氧化，再通过外加低电压，将被氧化的催化剂还原，恢复其电化学活性，从而使被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能得到恢复，从而推动了燃料电池产业化的发展。

2、本发明简单易行，适用范围广。燃料气中或氧化剂中的硫化氢造成的燃料电池中毒都可以通过此方法恢复。此方法不仅适用于燃料电池单电池的性能恢复，也适用于燃料电池组(堆)的性能恢复。

附图说明

图1为燃料电池单电池在开路条件下通入1％H₂S后电池性能及经过恢复后的性能曲线图。

图2为燃料电池单电池在800mA/cm²放电时燃料气(氢气)切换为含20ppmH₂S/H₂ 1小时后电池性能及经过恢复后的性能曲线图。

图3为燃料电池组18ppmH2S中毒及恢复极化曲线图。

图4为燃料电池组18ppmH2S中毒及恢复过程中的电压分布图。

实施例1

采用单电池，电池有效面积为5cm²，开路条件下，电池阳极侧通入1％H₂S/N₂，阴极侧通入氢气。10min后在氢气|空气体系下测量电池中毒后的极化曲线。之后，阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，通过外电路加一个高电压，电压值为1.2V，持续时间为5min，其中外电路高电压端与电池中毒侧(此例中为阳极)相连。随后，减小电压值至0.4V，持续5min。电池恢复完毕后，重新在氢气|空气体系下测量电池恢复后的极化曲线。