一种恢复空冷型燃料电池性能的方法与流程

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种恢复燃料电池性能的方法。

背景技术：

燃料电池是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。氢-氧燃料电池的工作原理如下。

负极：H₂→2H⁺+2e^-

正极：0.5O₂+H⁺+2e^-→H₂O

电池反应：H₂+0.5O₂＝＝H₂O

由于燃料电池的比能量高、环境友好、兼容可再生能源等特点，得到了全球各国政府、企业及研究团体的极大重视。美、日、欧等发达国家持续加强对燃料电池领域的支持，相关技术不断突破，车用质子膜燃料电池已经开始商用。

质子交换膜燃料电池按照冷却方法可以分为空冷和水冷两种类型。空冷燃料电池的阴极侧直接面对环境空气，当长时间不使用时燃料电池的性能会降低20％左右。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能快速有效将长时间不使用的空冷型燃料电池的性能恢复的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种恢复空冷型燃料电池性能的方法，包括以下几个步骤：

(1)向待处理的燃料电池堆中通入氢气和空气，并用该燃料电池向外供电，一段时间后，切断空气供应；

(2)燃料电池堆继续向外供电，待燃料电池堆的输出电压低于1V一段时间后，恢复通入空气；

(3)多次重复步骤(1)和步骤(2)的操作，最后切断向外供电，停止通入氢气和空气，处理完成。

燃料电池在长时间放置时，Pt催化剂会被慢慢氧化变成PtO，造成催化剂的活性降低。此外，放置还会造成质子交换膜的水分流失，使膜的质子传导电阻加大。采用上述的方法对长时间放置的电池进行处理，会使PtO在低电势下快速被还原成Pt。另外由于停止空气供给，使反应产生的水留在电极内部使质子交换膜可以快速湿润。

燃料电池向外供电时的输出电流为50～400mA/cm²。

燃料电池向外供电的时间为2～60s。

停止通入空气后，燃料电池的输出电压逐渐降低至1V以下，并在1V低于1V的状态下维持2～20s。

重复操作步骤(1)和步骤(2)的次数为≥1。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)采用本发明的处理方法，能将长时间不使用的燃料电池的性能恢复，提高初始性能10％以上；

(2)处理方法简单，不需要引入其他的试剂或装置，处理成本低；

(3)恢复性能需要的时间短，从而有利于燃料电池快速达到额定功率。

附图说明

图1为燃料电池经本发明处理前后的性能变化图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种恢复空冷型燃料电池性能的方法，包括以下几个步骤：

(1)向待处理的燃料电池中通过氢气和空气，增加负载使燃料电池的输出电流在200mA/cm²，运行20s后，停止通入空气；

(2)停止通入空气后，燃料电池堆继续向外供电但燃料电池的输出电压会逐渐降低，待输出电压低于1V，并维持5s，恢复通入空气；

(3)重复上述步骤的操作，重复5次后结束，最后切断燃料电池对外，停止通入氢气和空气，处理完成。

测试同一个燃料电池在处理前后的性能，得到的结果如图1所示。从图中我们可以看出，在相同输出电流情况下，处理后的燃料电池的电压比处理前的电压高10％以上，即燃料电池的输出功率提高10％以上，即燃料电池的性能恢复。

实施例2

采用与实施例1相同的处理方法，不同之处在于：

(1)步骤(1)中燃料电池的输出电流调整为400mA/cm²，运行时间为5s；

(2)步骤(2)中燃料电池的输出电压低于1V后维持的时间为2s；

(3)本次测试重复操作的次数为1次。

经检测，处理前后的燃料电池性能提高12％。

实施例3

采用与实施例1相同的处理方法，不同之处在于：

(1)步骤(1)中燃料电池的输出电流调整为50mA/cm²，运行时间为60s；

(2)步骤(2)中燃料电池的输出电压低于1V后维持的时间为20s；

(3)重复操作的次数为8次。

经检测，处理前后的燃料电池性能提高15％。