[发明专利]一种燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法，包括步骤：S1、确定涂层寿命终结点；S2、根据燃料电池实际运行环境中腐蚀介质及燃料电池运行工况电位变化特征，模拟燃料电池实际运行工况，开展涂层外部离线加速测试实验；S3、开展电堆在线测试实验，通过外部离线与电堆在线测试后的涂层性能分析表征，建立涂层外部离线与实堆在线测试时间之间的映射关系；S4、根据涂层在外部离线加速测试条件下达到寿命终结点所需外部离线测试时间及外部离线测试与电堆在线测试时间之间的映射关系，计算涂层在达到寿命终结点时实堆服役时间，预测涂层的寿命。本发明可较快准确的预测涂层在实堆运行环境中的寿命，对涂层性能评估与迭代开发具有重要意义。

技术领域

本发明涉及到燃料电池测试技术领域，特别涉及一种燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,PEMFCs)采用氢气作为燃料，具有清洁高效的特点，在各个领域均具有广阔的应用前景。双极板是燃料电池的关键组成部件之一，其重量约占电池总重的80％，成本约占30％，并在电堆中承担着收集电子、分配反应气体、排出反应生成水、支撑膜电极等功能。因此，双极板性能对燃料电池电堆性能具有重要影响。

目前，双极板材料主要为石墨和金属。相较于传统的石墨双极板，以金属作为材料的金属双极板装配而成的电堆具有功率密度高、冷启动快、抗振性能好、适合于大批量制造等优势，是未来车用燃料电池的发展趋势。然而，燃料电池的运行环境为温度60-90℃的酸性环境，金属双极板在燃料电池运行环境中易被腐蚀氧化，导致极板导电性能下降，同时金属双极板腐蚀会释放金属离子，所释放离子会污染催化剂与膜电极，进一步降低燃料电池输出性能。因此，金属双极板表面需要制备导电耐蚀涂层，以满足燃料电池使用要求。

车用燃料电池需至少满足5000h的使用要求，因此金属双极板涂层在服役过程中寿命需要满足较高的要求。然而，在实堆运行环境中评估涂层寿命测试周期长、成本极其高昂。此外，现有评价金属双极板涂层性能的外部离线测试环境与燃料电池真实运行环境差异较大，无法有效地反应金属双极板涂层在燃料电池实际运行环境中的服役寿命。这对涂层的寿命评估和迭代开发都提出了巨大的挑战，建立涂层寿命评估方法则具有重要意义。当前，已有寿命预测方法大多针对于燃料电池整堆寿命进行预测，而关于金属双极板涂层寿命预测方法是缺失的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法，使用该燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法后，计算金属双极板涂层在达到寿命终结点时实堆服役时间，预测金属双极板涂层的寿命，可较快且准确的预测金属双极板涂层在实堆运行环境中的寿命,对金属双极板涂层的性能评估及指导涂层工艺迭代设计与开发具有重要意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法，所述燃料电池金属双极板涂层寿命预测方法包括如下步骤：

S1、根据燃料电池固定电流密度条件下，由金属双极板涂层腐蚀造成的电压衰减量占电池初始状态输出电压比例来确定金属双极板涂层寿命终结点；

S2、根据燃料电池实际运行环境中关键腐蚀介质及燃料电池运行工况电位变化特征，模拟燃料电池实际运行工况，开展金属双极板涂层外部离线加速测试实验；

S3、开展电堆在线测试实验，通过外部离线与电堆在线测试后的金属双极板涂层性能分析表征，建立金属双极板涂层外部离线加速测试与实堆在线测试时间之间的映射关系；

S4、根据金属双极板涂层在外部离线加速测试条件下达到寿命终结点所需的外部离线加速测试时间及外部离线加速测试与电堆在线测试时间之间的映射关系，计算金属双极板涂层在达到寿命终结点时实堆服役时间，预测金属双极板涂层的寿命。

本发明为了解决其技术问题，所采用的进一步技术方案是：