[发明专利]一种质子交换膜燃料电池快速活化的方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池快速活化的方法。具体步骤为：1)按照常规运行条件使质子交换膜燃料电池在指定的高电流密度下运行，并使之达到稳定，其中电流密度为500‑1500mA/cm²；2)将质子交换膜燃料电池阴极侧的空气供应切换成氮气供应，维持100‑300s；3)然后将氮气供应切换回空气供应，电压稳定后即完成了质子交换膜燃料电池单电池的快速活化。相较于传统的活化操作，在活化至相同性能的情况下，该方法几分钟即可完成活化过程，有效提高了燃料电池的活化效率，实现质子交换膜燃料电池的快速活化；同时活化过程中无需对单电池进行拆装重启等操作，整个操作流程简单且对电池无损害。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池快速活化的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种可以将氢气化学能直接转化为电能的能量转化装置，由于其原料来源广、清洁无污染等优点而具有广阔的发展前景。一般而言，新出厂的电池以及长时间放置未使用的电池，性能并未达到最优，在正式使用前都需要进行一段较长时间的活化来使性能达到一个最佳的状态。导致燃料电池初始性能无法达到最优的原因有很多，其中占主要的是催化剂形成的氧化物以及其他杂质元素造成的催化剂表面活性面积的降低。活化步骤的目的便是通过还原这部分氧化物来提升催化剂活性面积，从而使电池性能达到最佳状态。

传统的活化方式包括恒流活化、恒压活化、变频活化等，使用传统的活化工艺，少则花费一个小时，多则十几个小时，对于制备燃料电池的企业来说，降低了生产效率，占据了生产资源；对于燃料电池的使用者来说，耗费了其使用时间，给燃料电池的实际应用造成了很大的困扰，活化是燃料电池生产使用过程中一道绕不过的难题。因此，我们如何去改进燃料电池的活化工艺，降低活化时间，提升活化效率，是影响燃料电池未来能否大规模生产应用的一项重要因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池快速活化的方法，相较于传统的活化操作，在活化至相同性能的情况下，该方法几分钟即可完成活化过程，有效提高了燃料电池的活化效率，实现质子交换膜燃料电池的快速活化；且在活化过程中，无需对单电池进行拆装重启等操作，整个操作流程简单且对电池无损害。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种质子交换膜燃料电池快速活化的方法，包括以下步骤：

步骤一，按照常规运行条件使质子交换膜燃料电池在指定的高电流密度下运行，并使之达到稳定，其中电流密度为500-1500mA/cm²；

步骤二，将质子交换膜燃料电池阴极侧的空气供应切换成氮气供应，维持100-300s；

步骤三，然后将氮气供应切换回空气供应，电压稳定后即完成了质子交换膜燃料电池单电池的快速活化。

按上述技术方案，所述步骤一中，以50-200mA/cm²为间隔加载至设定的电流密度，并保持电压稳定一段时间。

按上述技术方案，所述步骤三中，将氮气切换回空气供应后，电压稳定所需时间为100-400s；电压稳定时电池性能活化至最优状态。

按上述技术方案，所述步骤二和步骤三中，切换气体前后，其他运行条件不变；优选地，其他运行条件包括气体切换前后的气体流量、电流密度、背压、湿度和温度。

按上述技术方案，所述步骤一中常规运行条件为：将组装好的质子交换膜燃料电池单电池进行检漏，看连接部分是否有漏气，若有漏气需予以解决；若无漏气，将组装好的电池和单电池测试台连接起来，对电池施加70-85℃的恒温，在电池充入氢气之前先用氮气进行吹扫，以排除流道内的杂质气体；吹扫一定时间后切换氢空模式供应燃料电池正常发电，过量系数2.0-2.5/2.0-2.5以保证燃料气体供应充足。

本发明产生的有益效果是：