[发明专利]恢复燃料电池性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及恢复燃料电池性能的方法。更具体地，本发明涉及燃料电池性能的恢复方法，其可以部分地恢复劣化的聚合物电解质燃料电池的性能。

背景技术

典型的燃料电池组包括：膜电极组件（MEA），其包括氢离子经其运送的聚合物电解质膜；以及包含阴极和阳极的电极/催化剂层，其被布置在聚合物电解质膜的两侧上以使氢与氧反应。此外，气体扩散层（GDL）和垫片按顺序堆叠在电解质膜的外部，即在阴极和阳极所在位置的外部。另外，包括流场的隔板位于GDL的外部，由此形成单元电池，其中燃料经流场供应并且反应所产生的水经流场排放。

因此，在燃料电池组的阳极处发生氢的氧化反应，从而使供应到阳极的氢被离解成氢离子（质子，H⁺）和电子（e^-）。氢离子经电解质膜和隔板传递到阴极，而电子经GDL和隔板传递到阴极。阴极发生电化学反应，以产生水并从电子流中产生电能，其中阳极传递而来的氢离子和电子与空气中的氧参与上述电化学反应。

燃料电池组的阳极和阴极包括碳和铂。具体而言，已知在一定的运行时间之后碳和铂的劣化（deterioration）会降低燃料电池组的性能。铂催化剂的电化学活性表面积（ECSA）因燃料电池运行过程中纳米颗粒的聚集或铂的释出而减少，因此阴极的氧还原反应（ORR）速率降低，由此导致燃料电池整体性能的降低。然而，由铂和碳的劣化所引起的性能降低通常被本领域技术人员看成是不可逆的劣化，因此目前尚没有报道过用于恢复性能的方法。

现在将参照图1来说明燃料电池电解质膜的典型劣化。由Ru分解引起的阳极处催化剂的CO耐受性降低、因铂的生长和溶解引起的阴极处电化学活性表面积减少、因氧扩散率的降低而引起的阴极处泛溢（flooding）、电解质膜变薄、针孔形成等可能会引起劣化。尽管有许多技术可防止碳的腐蚀，但不能完全阻断氢流向阴极。然而，可以通过暂时性地阻断向阴极供应空气的线路来防止碳的腐蚀。

因此，用于氢离子从阳极到阴极的传递的电解质膜对于燃料电池组的耐久性非常重要。因此，确认膜的劣化并对此作出反应是很重要的，膜的劣化致使燃料电池组的性能和耐久性降低。

以上在背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，因此其可能包含不构成国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供用于恢复燃料电池的性能的方法，其通过向劣化的燃料电池组的阴极供应预定时间的氢并将该燃料电池组存放预定时间以去除在铂（Pt）表面上形成的氧化物并同时使铂再沉淀，从而使阴极的催化特性恢复到可再利用的状态。

一方面，本发明的示例性实施方式提供用于恢复燃料电池性能的方法，该方法包括以下步骤：向劣化的燃料电池组的阴极供应预定时间的氢，并将该燃料电池组存放预定时间；使在阴极的铂催化剂表面上形成的氧化物还原并将其去除，并将燃料电池组存放预定时间，其中以上步骤重复至少三次，由此使劣化的燃料电池组的性能得以部分恢复。

在本发明的示例性实施方式中，可以向燃料电池组的阴极供应至少1小时的70℃氢，并且可将燃料电池组存放2至3天。

此外，将在铂催化剂表面上形成的氧化物去除后的铂离子以及在燃料电池组的运行期间释放出的移动（mobile）铂离子（Pt^Z+，z=2,4）可以与电子结合并且可再沉淀为高度活性的铂（Pt）。

下文将讨论本发明的其它方面和示例性实施方式。

附图说明

将参考附图所图示的某些示例性实施方式来详细描述本发明的以上和其它特征，示例性实施方式仅以说明的方式给出，因为不限制本发明，其中：

图1是示出常规的燃料电池劣化的示意图；

图2是示出根据本发明示例性实施方式的燃料电池性能恢复方法的电流-电压特性的图解；

图3是示出根据本发明示例性实施方式的燃料电池性能恢复方法的电池电压分布的图解；

图4是示出根据本发明示例性实施方式的燃料电池性能恢复方法的劣化速率的图解；

图5是示出根据本发明示例性实施方式的燃料电池性能恢复方法的在恒定电流下持续运行的图解；

图6和图7是示出通过在阴极供氢而引起铂催化剂的电化学性质变化的图解；

图8和图9是示出通过在阴极供应并存储氢而使运行期间出现的Pt/C氧化物还原的示意图。