[发明专利]一种质子交换膜燃料电池的活化方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池的活化方法，包括以下步骤：将恒流或恒压放电活化后的质子交换膜燃料电池的阴阳极气体切换成干燥氮气，对电池进行吹扫，吹扫完成后，将燃料电池密封并放入高低温试验箱中进行冰冻/解冻循环；解冻完成后电池恢复室温即活化完成。本发明在燃料电池放电活化后进行氮气吹扫，将电池内部含水量降低至安全水平，然后使燃料电池经历数次冰冻解冻循环，该过程可以避免电池因冰冻而发生损伤的同时电极内部发生水的再分布可以加速膜电极内部电子、质子、气体和水传输通道的建立，最大限度地优化电极结构，活化效果明显优于放电活化。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池的活化方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是依靠电化学原理工作的一种能量转换装置。其凭借高能量转换效率、零污染、室温快速启动等优势被认为是未来新能源汽车的理想动力源，已在世界范围内掀起了一股研究热潮。

质子交换膜燃料电池工作原理与氢氧直接反应不同，在质子交换膜燃料电池中，采用质子传导膜在空间上分离氢气和氧气反应物，以至于使化学键重构所必须的电子转移能够在更广泛的长度量级下发生，也就是当电子从燃料物质转化到氧化剂物质时，就形成了电流。质子交换膜燃料电池工作时主要包括以下几个步骤：反应物传输、电化学反应、离子和电子传导以及产物排出。也正是由于以上几个过程，想要使燃料电池达到最佳性能，往往需要对电池进行活化处理，目的是为了使膜电极充分润湿，充分打通反应物传输通道、水传输通道、离子和电子传输通道，使膜电极结构达到最佳运行状态。因此，电池活化对于电池性能影响至关重要。

现有的活化工艺主要是对电池进行强制加载活化，该类方法往往使电池在恒电位或恒电流条件下运行一段时间，该类活化方法往往活化速度慢，活化时间长，活化不均匀，活化过程消耗大量氢气并且不能使活化后的电池保持最佳运行状态。因此有必要提出一种活化效率更高的活化方法，使得燃料电池发挥其最佳性能。

发明内容

本发明的目的就是为了弥补上述技术缺陷而提供一种质子交换膜燃料电池的活化方法，用于提高燃料电池的活化效率以及提升燃料电池活化后的性能。

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池的活化方法，所述方法为：将活化后的质子交换膜燃料电池(如恒流或恒压放电活化后的质子交换膜燃料电池)的阴阳极气体切换成干燥氮气，对电池进行吹扫，吹扫完成后，将燃料电池密封并放入高低温试验箱中进行冰冻/解冻循环，循环完成后电池恢复室温即活化完成。

基于上述方案，优选地，上述方法具体包括以下步骤：

步骤一：将燃料电池置于测试平台上，检查燃料电池气密性，设置燃料电池工作温度，温度范围为60-80℃；

步骤二：当燃料电池达到预设温度后，向阴极通入增湿空气或氧气，向阳极通入增湿氢气；

步骤三：设置电子负载为恒压或恒流模式，对质子交换膜燃料电池加载30～120min；

步骤四：将阴阳极气体切换成干燥氮气，对电池进行吹扫，排除燃料电池内的反应气和水；

步骤五：吹扫完成后，将燃料电池密封并放入高低温试验箱中进行冰冻/解冻循环，解冻完成后电池恢复室温即活化完成。

基于上述方案，优选地，所述步骤二中通入的增湿空气或氧气的相对湿度为30％～100％，空气化学计量比为1～3.5，背压为50～100kPa。

基于上述方案，优选地，步骤二中通入的增湿氢气的相对湿度为30％～100％，氢气化学计量比为1～3.5，背压为50～100kPa；

基于上述方案，步骤三中恒压或恒流模式加载燃料电池的电压和电流范围优选为0.3～0.8V，500～1500mA/cm2。