[发明专利]质子交换膜燃料电池快速活化方法

说明书

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池快速活化方法，将新制备的CCM膜进行等离子表面处理，之后将其制成质子交换膜燃料电池，按以下步骤进行活化：(a)将电池工作温度逐步升高并逐步分段强制提高输出电流，直至电池工作温度达到70～80℃且输出电压降至0.4～0.5V；(b)将电池工作温度固定在70～80℃，并逐步分段强制提高输出电流，直至输出电压降至0.4～0.5V，循环1～4次；(c)将电池工作温度固定在70～80℃，先按50～200mA/cm²的较小输出电流，再按800～1200mA/cm²的较大输出电流，循环2～8次。本发明方法工艺简单，可缩短电池活化时间，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池快速活化方法。

背景技术

燃料电池是一种高效清洁的新能源利用技术。新制成的电池需活化后才能正常使用，活化可以使MEA(质子交换膜燃料电池)中的催化剂活性提高，加快阴阳极两侧的反应速度，常规燃料电池活化通常需要4小时以上，时间长且效果不佳。而燃料电池活化的目的主要包括：①对新制得的CCM表面进行结构优化，改善CCM润湿性，优化水况；②通过电池放电使电极与扩散层进行水合，降低膜电极的内阻尤其是欧姆内阻；③活化过程也是气体、质子、电子、水的通道的建立过程，电池通过活化后使CCM、碳纸等不断发生微观结构的变化，形成连续的三维网络；④去除电池制造过程中可能引入的杂质。因此，如何对电池进行活化处理，在达到活化目的的同时，可缩短活化时间，提高生产效率，就成为当前的一个研究课题。

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单、可缩短电池活化时间、提高生产效率的质子交换膜燃料电池快速活化方法。

本发明通过以下方案实现：

一种质子交换膜燃料电池快速活化方法，将新制备的CCM膜(Catalyst CoatedMembrane，催化剂喷涂到质子交换膜上后形成的膜产品)进行等离子表面处理，之后将处理后的CCM膜制成质子交换膜燃料电池，将质子交换膜燃料电池按以下步骤进行活化：

(a)将电池工作温度逐步升高并逐步分段强制提高输出电流，直至电池工作温度达到70～80℃且输出电压降至0.4～0.5V，各输出电流的持续时间为10～20min；电池工作温度的初始值一般设置在40～45℃，输出电流的初始值一般设置为50～100mA/cm²；

(b)将电池工作温度固定在70～80℃，并逐步分段强制提高输出电流，直至输出电压降至0.4～0.5V，各输出电流的持续时间为10～20min，循环1～4次；输出电流的初始值一般设置为200～400mA/cm²；

(c)将电池工作温度固定在70～80℃，先按50～200mA/cm²的较小输出电流，再按800～1200mA/cm²的较大输出电流，各输出电流的持续时间为1～5min，循环2～8次。

进一步地，所述步骤(a)中，输出电流每次提高的幅度为50～500mA/cm²。

进一步地，所述步骤(b)中，输出电流每次提高的幅度为400～650mA/cm²。

进一步地，所述新制备的CCM膜进行的等离子表面处理的时间控制为1～5min。本发明的等离子表面处理工艺为将新制备的CCM膜置于等离子处理装置中按现有技术的等离子表面处理工艺进行。

本发明的质子交换膜燃料电池快速活化方法，具有以下优点：

(1)通过对对新制备的CCM膜进行等离子表面处理，使得CCM膜表层的催化剂层粗糙度增加，比表面积增大，增大了反应物与催化剂的接触面积，同时经处理后的催化剂表层亲水性增强，有利于CCM膜润湿并加速后期MEA活化；