专利名称：燃料电池膜电极的活化方法
技术领域：
本发明是关于一种膜电极的活化方法，更具体地说，是关于一种燃料电 池膜电极的活化方法。
背景技术：
燃料电池是一种能量转换装置，它按电化学原理，把贮存在燃料(如氢 气、低级醇等)和氧化剂(氧气)内的化学能转化成电能。燃料电池具有能
量转换率高、环境友好等优点，而质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)更具有可低温运行、比功率高等优点，是一 种广泛应用的新型动力源。
以甲醇作为燃料的燃料电池的阳极反应和阴极反应的反应式分别如反 应式(1)和(2)所示，在阴极上用作氧化剂的氧气通常来自空气。与以氢 气作为燃料的燃料电池相同，将阳极产生的质子转移到阴极的离子传导需要 通过膜电极的质子交换膜来完成。
CH3OH+H20 "K:02+6H"+6e—(1)
3/202+6H^+6e-3H20 (2)
膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)是燃料电池的核心部件， 是燃料和氧化剂发生电化学反应产生电能的部位。如图1所示，膜电极包括 阳极1，阴极2及位于阳极1和阴极2之间的质子交换膜3，阳极1包括阳 极气体扩散层6、阳极催化层7，阳极催化层7位于阳极气体扩散层6和质 子交换膜3之间，阴极2包括阴极气体扩散层8、阴极催化层9，阴极催化 层9位于阴极气体扩散层8和质子交换膜3之间。
为了使燃料电池能达到或快速达到最佳工作状态，并提高膜电极中催化
剂的利用率， 一般都需要对燃料电池的膜电极进行活化。膜电极的催化层是 燃料电池反应的核心区域，而阴极催化层又是反应最复杂的地方，因为在阴 极不仅有反应气向电极内传输，还有产物水向外排出，如果反应气不能充分 地满足反应的需要，或者产物水不能及时排出，都会在很大程度上影响反应 的效率，使燃料电池无法达到满意的功率输出。实际上，在制备膜电极的过 程中，膜电极的结构并没有达到最优化。这是因为(1)催化层一般由全氟
磺酸(nafkm)和催化剂两种主要物质组成，全氟磺酸(nafion)起传导质子 以及粘接催化剂的作用。在两者的混合过程中，会有部分催化剂的活性表面 被全氟磺酸(nafion)覆盖，使阳极反应气无法达到催化剂表面。(2)在催 化剂/全氟磺酸(nafion)浆料的涂布过程中，随着溶剂的挥发可以使催化剂 表面产生一定量的空隙，这些空隙的存在有利于气体的传输。但在催化层的 制备过程中，往往需要多次涂布才能达到需要的催化剂载量，因此有一部分 空隙会在涂布过程中被堵塞，在催化剂表面形成了封闭孔和半封闭孔，而阳 极的反应气很难进到这些孔内与催化剂接触。(3)在膜电极的热压过程中， 由于催化层被压縮，也会封闭一些孔。反应气主要是依靠膜电极内部的孔向 内传输的，但是由于上述问题使催化层的孔被封闭导致催化层的空隙率降 低，增加了阳极反应气的传输障碍，使得阳极反应气无法完全被催化剂催化 并与阴极燃料反应，造成燃料电池无法达到理想的功率输出。改善这一问题 的重要方法之一是优化膜电极的孔结构，对燃料电池的膜电极进行活化，使 气体传输顺利进行。
对燃料电池的膜电解进行活化的一般方法为采用大电流强制放电的方 法对燃料电池的膜电极进行活化。即通过对燃料电池施加电流密度大于1200 毫安/厘米2的电流，来实现膜电极的活化。这种活化方法的原理是在高电 流密度下，生成水的量相应增大，产物水向外扩散，可以改善阴极的孔结构， 使水和气体的传导更加顺畅；产物水也向阳极进行反扩散，使质子膜的水合
程度提高，在降低内阻的同时，可以降低质子传导阻抗。但这种方法也存在 一定缺点，如，此方法的控制比较复杂，因为，在大电流放电的过程中，膜 电极温度升高较快，虽然随着水的反扩散量的增加，电池内阻变化不大，但 是一旦电流密度下降，电池温度可能过高，在散热不及时的情况下，容易造 成质子膜的脱水，膜电极内阻急剧升高，导致膜电极的性能下降，影响活化 效果。因此该方法需要严格地控制膜电极的温度与内阻的平衡。另外，膜电 极在大电流工作时，阴极催化层容易积累大量水，造成催化层的"水淹"， 虽然在降低电流密度时，"水淹"现象可以得到改善，但催化层内的结构并 不能处于最佳状态，大量的水影响了气体的传导，所以这种方法的活化效率 很有限。
为了改善上述问题，US6730424公开了一种膜电极的活化方法，该方法 为一种通过用于在阴极生成氢气而改善H2/空气燃料电池性能的方法，特别 是对于空气阴极，所述燃料电池包括阳极、阴极和质子交换膜，所述方法包 括下述步骤(1)将增湿的氢气通入阳极；(2)将氢气或者增湿的惰性气体 通入阴极或者在用惰性气体除去阴极的空气后关闭进气口敞开出气口 ，以及 (3)给燃料电池施加电流，以电源的负极连接阴极，正极连接阳极。
该方法利用电化学的原理，改善阴极结构，从而实现膜电极的活化。所 述电化学活化的原理是将阳极通入增湿的氢气，阴极通入增湿的惰性气体 (氮气或氩气)以保证阴极的气体流动；在燃料电池两极施加电压，进行强 制放电，使阳极氢气以氢离子的形式通过催化层和质子交换膜，并由于电渗 作用渗透到阴极，在渗透到阴极的过程中重新生成氢气；在阴极产生的氢气 打开了原来催化层上的孔，改善了阴极催化层的孔结构，从而实现膜电极的 活化。
CN1697228A公开了一种与上述原理相同的有机燃料电池的活化方法， 该方法包括使来自于外电流的电源流过所述燃料电池，所述外电源的正极和
负极分别与所述燃料电池的阳极和阴极连接，同时分别给所述阳极和所述阴 极提供有机燃料和惰性气体。该方法也是依靠氢的"电渗"作用实现膜电极 的活化。
此类方法虽然活化效果持久，但是活化条件要求高，活化时间长，且活 化后的燃料电池膜电极的输出功率仍然不理想。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的燃料电池膜电极活化方法的活化时间 长且活化后的燃料电池功率小的缺点而提供一种活化时间短且活化后的燃 料电池功率大的燃料电池膜电极的活化方法。
本发明的发明人发现，在采用现有的方法对膜电极进行活化的过程中， (1)阴极产生的氢气虽然可以打开一定的封闭孔，但是对于半封闭孔的扩 孔效果不佳。产生的氢气总是从阻力最小的空隙中向外扩散，而当氢气通过 半封闭孔时由于没有足够的压差，从而无法对半封闭孔进行有效优化，因此， 反应气与催化剂的有效接触面积受到限制，导致阳极和阴极的燃料无法充分
反应，膜电极的输出电流和电压自然就受到影响。(2)当阴极采用惰性气体 或氢气进行活化时，由于测试站的增湿器和管路等空间较大，导致气体置换 的过程很长，通常需要l-2小时才能很好的进行活化操作。(3)采用现有方 法活化膜电极时，为了保持质子交换膜充分水合，对反应气的温度和湿度要 求较高，否则在放电活化过程中，若膜电极温度升高，会引起膜电极局部失 水，造成膜电极内阻增加，影响膜电极的性能。
本发明提供了一种燃料电池膜电极的活化方法，所述燃料电池包括隔 板、阳极室4、阴极室5和膜电极，所述膜电极位于隔板之间，所述膜电极 包括阳极1，阴极2及位于阳极1和阴极2之间的质子交换膜3，所述阳极 室4位于阳极1和隔板之间，所述阴极室5位于阴极2和隔板之间，该方法
包括分别将电源的正极和负极与燃料电池的阳极1和阴极2连接，在燃料电 池上施加一外电源，在闭合电源前向阳极室4中通入燃料，其中，向阴极室 5中通入水。
本发明提供的膜电极的活化方法是利用"电渗"原理，通过在膜电极上 施加一外电源，使氢气或有机燃料如，甲醇在阳极被氧化释放出氢离子和电 子，如反应式(1)所示。所述质子经质子交换膜从阳极迁移到阴极，并与 电子结合生成氢气，如反应式(3)所示。
<formula>formula see original document page 7</formula>
氢离子迁移生成氢气的过程改变了质子交换膜的孔结构而达到活化膜 电极的目的。本发明的巧妙之处在于将膜电极的阴极通入水， 一方面，由于 水能够起到封闭的作用，使阴极产生的氢气在向外扩散的过程中产生一定的 阻力，使氢气能够很容易同时打开催化层上的封闭孔和半封闭孔，使膜电极 的孔结构更趋于连通分布，保证燃料电池阳极燃料与催化剂的充分接触，以 及阳极和阴极燃料的充分反应；另一方面，在阴极通入水后，阴极室内部空 间完全被水充满，使膜电极被水蒸气饱和，始终使质子交换膜保持湿润，有 利于膜的水合，膜电极的活化面积得到显著提高，因此，燃料电池的功率大 大提高。此外，本发明的活化方法操作简单，活化时间短，重复性好。
图1为膜电极的剖视图2为本发明提供的燃料电池膜电极活化方法的示意图3为活化前和采用本发明的方法活化后的燃料电池膜电极的在不同电
流密度下电池输出电压的曲线图4为活化前和采用本发明的方法活化后的燃料电池膜电极的在不同电
流密度下电池输出电压的曲线图； 图5为活化前和釆用本发明的方法活化后的燃料电池膜电极的在不同电
流密度下电池输出电压的曲线图6为活化前和采用本发明的方法活化后的燃料电池膜电极的在不同电
流密度下电池输出电压的曲线图7为活化前和采用现有方法活化后的燃料电池膜电极在不同电流密度 下电池输出电压的曲线图。
具体实施例方式
如图2所示，燃料电池包括隔板(在图中未示出)、阳极室4、阴极室5 和膜电极，所述膜电极位于隔板之间，所述膜电极包括阳极l，阴极2及位 于阳极1和阴极2之间的质子交换膜3，所述阳极室4位于阳极1和隔板之 间，所述阴极室5位于阴极2和隔板之间。按照本发明，分别将电源的正极 和负极与燃料电池的阳极和阴极连接，在燃料电池上施加一外电源，在闭合 电源前向阳极室4中通入燃料，向阴极室5中通入水。
所述阳极和阴极分别包括位于质子交换膜两侧的催化层和气体扩散层。 所述催化层分别位于质子交换膜的两侧与质子交换膜接触，所述气体扩散层 分别位于催化层的两侧与催化层接触。质子交换膜燃料电池的核心部件即为 膜电极。所述膜电极的制备方法为本领域技术人员所公知。
所述水可以为各种水，如市政自来水或去离子水，为了保证质子交换膜 的性能，不受水中杂质和金属离子的干扰，优选为去离子水。所述水的温度 可以为0-10(TC，优选为30-70。C。
所述燃料可以是氢气、醇、醇的水溶液，有机酸、有机酸的水溶液中的 一种；所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种，所述有机酸 选自甲酸、乙酸、丙酸中的一种或几种。
所述阳极燃料优选为增湿的氢气，所述氢气的相对湿度为50-100%，所
述使氢气增湿的方法为本领域技术人员所公知。
按照本发明，所述外加电源的正极和负极分别与燃料电池的阳极和阴极
连接，所述外加电源的电流密度为1-500毫安/厘米2，优选为25-300毫安/ 厘米2;所述外加电源的电压只要保证所述电流密度在上述范围内即可，一 般来说，所述外加电源的电压为0.01-0.9伏，优选为0.1-0.7伏。
按照本发明，优选情况下，在对膜电极进行活化之前需要先将阴极室内 残留的氧气排出或者消耗，如，可以在通入水之前先将燃料电池的空气进口 封闭，从气体出口抽真空，然后通入惰性气体或增湿的惰性气体，再反复多 次抽真空使阴极室中的残留气体全部排出；也可以在通入水后，通过外加电 流将阴极室内的氧气消耗后再进行膜电极的活化。优选情况下，在对膜电极 进行活化之前，将阳极室抽真空后再通入燃料。
所述活化的时间为5-60分钟，优选为10-30分钟。
本发明的方法可以对各种质子交换膜燃料电池进行膜电极的活化，如氢 /空气(氧气)燃料电池、有机燃料电池等。 一般的燃料电池的空气电极只有 一个空气进口和空气出口，对于阴极为敞开结构的氢/空气燃料电池或有机燃 料电池来说，因为该燃料电池的阴极有多个空气开口，这些空气开口既可以 作为空气进口，也可以作为空气出口，因此，优选情况下，可以直接将该燃 料电池浸入水中，使阴极室中充满水。
下面将通过具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
该实施例说明本发明提供的燃料电池膜电极的活化方法 1、膜电极的制备与初始性能测试
(1)将0.2重量份碳黑(Vulcan XC72R， Cabot公司)和0.1重量份固 含量为60重量％的PTFE乳液(FR303A，上海三爱富新材料股份有限公司)、 IO重量份去离子水混合，超声分散30分钟，得到碳分散液，然后将碳分散 液涂布在碳纸(TGP-H-90， Toray公司)上，IO(TC干燥后碳纸增重量为1 毫克/厘米2，然后置于高温烘箱内35(TC烘干20分钟，得到气体扩散层；
(2) 将0.2重量份铂担载量为47.7重量％的Pt/C催化剂(Hispec8100， Johnson Matthey公司产品)和2重量份nafion分散液(DE520, DUPONT 公司产品)混合均匀。超声分散得到催化剂分散液，然后将分散液涂布在气 体扩散层的内面，直至铂载量达到0.5毫克/厘米2， 10(TC干燥2小时，得到 气体扩散电极；
(3) 将两片上述得到的气体扩散电极裁成5厘米X5厘米的方形，分别 夹在面积大于气体扩散电极的nafion膜(NRE212， DUPONT公司产品)的 中央两侧，送入热压机130'C、 2兆帕热压2分钟，得到膜电极。
(4) 用电池隔板将上述膜电极夹在中间组装成燃料电池，所述隔板内 侧分别包括阳极室和阴极室。
(5) 测定膜电极在不同电流密度下的输出电压，测定方法如下从燃 料电池阳极进口通入增湿氢气(70°C，相对湿度为100%)，并保持阳极室内 压力为0.1兆帕，控制阳极出口氢气流量，保持不同电流密度下，氢气的利 用率为95%;从阴极进口通入空气，并保持阴极室内压力为0.1兆帕，控制 阴极出口空气的流量，保持不同电流密度下，空气利用率为40%。电池开始 放电，控制电池的工作温度为7(TC，放电一段时间后，当电池的输出电压稳 定后，记录为初始电压，然后改变电池的放电电流密度，记录电池在不同放 电电流密度下的输出电压，并以电流密度(安培/厘米2)为横坐标，输出电 压(伏特)为纵坐标作图，结果如图3中曲线10所示。
2、膜电极的活化与活化后性能测试 (1)停止放电，向步骤1得到的燃料电池的阳极室通入增湿的氢气(50 °C，相对湿度为100%)，向阴极室通入5(TC的蒸馏水；
(2) 将外电源的正极和负极分别与燃料电池的阳极和阴极连通，闭合 电源，外电源的电流密度为100毫安/厘米2，保持该电流密度以消耗阴极室 内残留的氧气，直至电池电压降低到0.05伏特以下，说明阴极室内残留的氧 气己完全被消耗，继续保持该电流密度，对燃料电池进行活化IO分钟；
(3) 排出阴极室内的水，并按照步骤l中(5)的方法测定活化后膜电 极在不同放电电流密封下的输出电压，结果如图3中曲线11所示。
实施例2
该实施例说明本发明提供的燃料电池膜电极的活化方法
1、膜电极的制备与初始性能测试 (1 )将0.2重量份碳黑(Vulcan XC72R， Cabot公司)禾n 0.1重量份固 含量为60重量XPTFE乳液(FR303A，上海三爱富新材料股份有限公司)、 IO重量份去离子水混合，超声分散30分钟，得到碳分散液，然后将碳分散 液涂布在碳纸(TGP-H-90， Tomy公司)上，IO(TC干燥后碳纸增重量1毫 克/厘米2，然后置于高温烘箱内35(TC烘干20分钟，得到气体扩散层；
(2) 将0.2重量份铂担载量为47.7重量Wt/C催化剂(Hispec8画， Johnson Matthey公司产品)和2重量份nafion分散液(DE520, DUPONT 公司产品)混合均匀。超声分散得到催化剂分散液，然后将分散液涂布在气 体扩散层的内面，直至铂载量达到0.5毫克/厘米2， 10(TC干燥2小时，得 到气体扩散电极；
(3) 将两片上述得到的气体扩散电极裁成5厘米X5厘米的方形，分别 夹在面积大于气体扩散电极的nafion膜(NRE212， DUPONT公司产品)的 中央两侧，送入热压机13(TC、 2兆帕热压2分钟，得到膜电极。
(4) 用电池隔板将上述膜电极夹在中间组装成燃料电池，所述隔板内 侧分别包括阳极室和阴极室。
(5)按照实例1中(5)的方法测定活化前膜电极在不同放电电流密度 下的输出电压，不同的是增湿氢气为60'C，相对湿度为100%的增湿氢气， 通入阳极室内增湿氢气的压力为0.02兆帕，通入阴极室内空气的压力为常 压，控制电池的工作温度为60"C，结果如图4中曲线12所示。 2、膜电极的活化与活化后性能测试
(1) 停止放电，向步骤1得到的燃料电池的阳极室通入增湿的氢气(60 。C、相对湿度为100%)，向阴极室通入60。C的去离子水；
(2) 将外电源的正极和负极分别与燃料电池的阳极和阴极连通，闭合 电源，电流密度为250毫安/厘米2，保持该电流密度以消耗阴极室内残留的 氧气，直至电池电压降低到0.05伏特以下，说明阴极室内残留的氧气已完全 被消耗，继续保持该电流密度，对燃料电池进行活化20分钟；
(3) 排出阴极室内的水，按照实例1中(5)的方法测定活化后膜电极 在不同放电电流密度下的输出电压，不同的是增湿氢气为6(TC，相对湿度为 100%的增湿氢气，通入阳极室内增湿氢气的压力为0,02兆帕，通入阴极室 内空气的压力为常压，控制电池的工作温度为60°C，结果如图4中曲线13 所示。
实施例3
该实施例说明本发明提供的有机燃料电池膜电极的活化方法 1、膜电极的制备与初始性能测试
(1)将0.2重量份碳黑(Vulcan XC72R， Cabot公司)和0.06重量份固 含量为60重量XPTFE乳液(FR303A，上海三爱富新材料股份有限公司)、 IO重量份去离子水混合，超声分散30分钟，得到碳分散液，然后将碳分散 液涂布在碳纸(TGP-H-90， Toray公司)上，IO(TC干燥后碳纸增重量1毫 克/厘米2，然后置于高温烘箱内350。C烘干20分钟，得到气体扩散层； (2) 将0.5重量份Pt/Ru黑催化剂(Hispec6000，Johnson Matthey公司产 品)和15重量份nafion分散液(DE520， DUPONT公司产品)混合均匀。 超声分散得到催化剂分散液，然后将分散液涂布在阳极扩散层的内面，直至 铂担载量达到5毫克/厘米2， 10(TC干燥2小时，得到阳极燃料扩散电极；
将0.5重量份Pt黑催化剂(Hispec1000， Johnson Matthey公司产品)和 10重量份nafion分散液(DE520， DUPONT公司产品)混合均匀。超声分 散得到催化剂分散液，然后将分散液涂布在阴极气体扩散层的内面，直至铂 载量达到4毫克/厘米2， 10(TC干燥2小时，得到阴极气体扩散电极；
(3) 将上述得到的两气体扩散电极裁成5厘米X5厘米的方形，分别夹 在面积大于气体扩散电极的nafion膜(NE117， DUPONT公司产品)的中央 两侧，送入热压机13(TC、 2兆帕热压2分钟，得到膜电极。
(4) 用电池隔板将上述膜电极夹在中间组装成燃料电池，所述隔板内 侧分别包括阳极室和阴极室。
(5) 按照实例1中(5)的方法测定活化前的膜电极在不同放电电流密 度下的输出电压，不同的是从阳极进口通入浓度为l摩尔/升，流量为10毫 升/分钟的甲醇水溶液，通入阴极室内空气的压力为常压，控制电池的工作温 度为5(TC，结果如图5中曲线14所示。
2、膜电极的活化与活化后性能测试
(1) 停止放电，向步骤1得到的燃料电池的阳极室通入浓度为1摩尔/ 升，流量为10毫升/分钟的甲醇水溶液，向阴极室通入5(TC的去离子水；
(2) 将外电源的正极和负极分别与燃料电池的阴极和阳极连通，闭合 电源，电流密度为35毫安/厘米2，保持该电流密度以消耗阴极室内残留的 氧气，直至电池电压降低到0.05伏特以下，说明阴极室内残留的氧气已完全 被消耗，继续保持该电流密度，对燃料电池进行活化35分钟；
(3) 排出阴极室内的水，按照实例1中(5)的方法测定活化后的膜电
极在不同放电电流密度下的输出电压，不同的是从阳极进口通入浓度为l摩
尔/升，流量为10毫升/分钟的甲醇水溶液，通入阴极室内空气的压力为常压， 控制电池的工作温度为5(TC，结果如图5中曲线15所示。
实施例4
该实施例说明本发明提供的燃料电池膜电极的活化方法 1、膜电极的制备与初始性能测试
(1) 将0.2重量份碳黑(Vulcan XC72R， Cabot公司)和0.1重量份固 含量为60重量XPTFE乳液(FR303A，上海三爱富新材料股份有限公司)、 IO重量份去离子水混合，超声分散30分钟，得到碳分散液，然后将碳分散 液涂布在碳纸(TGP-H-90， Tomy公司)上，IO(TC干燥后碳纸增重量1毫 克/厘米2，然后置于高温烘箱内350'C烘干20分钟，得到气体扩散层；
(2) 将0.2重量份铂担载量为47.7重量XPt/C催化剂(Hispec8100， Johnson Matthey公司产品)和2重量份nafion分散液(DE520， DUPONT 公司产品)混合均匀。超声分散得到催化剂分散液，然后将分散液涂布在气 体扩散层的内面，直至铂载量达到0.5毫克/厘米2， 10(TC干燥2小时，得 到气体扩散电极；
(3) 将两片上述得到的气体扩散电极裁成5厘米X5厘米的方形，分别 夹在面积大于气体扩散电极的nafion膜(NRE212, DUPONT公司产品)的 中央两侧，送入热压机13(TC、 2兆帕热压2分钟，得到膜电极。
(4) 用电池隔板将上述膜电极夹在中间组装成燃料电池，所述隔板内 侧分别包括阳极室和阴极室。
(5) 按照实例1中(5)的方法测定活化前的膜电极在不同放电电流密 度下的输出电压，不同的是增湿氢气为40°C，相对湿度为60%增湿氢气， 通入阳极室内增湿氢气的压力为0.02兆帕，通入阴极室内空气的压力为常
压，控制电池的工作温度为4(TC，结果如图6中曲线16所示。 2、膜电极的活化与活化后性能测试
(1) 停止放电，向步骤1得到的燃料电池的阳极室通入增湿氢气(40 °C、相对湿度为60%)，向阴极室中通入4(TC的去离子水；
(2) 将外电源的正极和负极分别与燃料电池的阴极和阳极连通，闭合 电源，电流密度为50毫安/厘米2，保持该电流以消耗阴极室内残留的氧气， 直至电池电压降低到0.05伏特以下，说明阴极室内残留的氧气已完全被消 耗，继续保持该电流密度，对燃料电池进行活化20分钟；
(3) 排出阴极室内的水，按照实例1中(5)的方法测定活化后的膜电 极在不同放电电流密度下的输出电压，不同的是增湿氢气为40。C，相对湿度 为60%增湿氢气，通入阳极室内增湿氢气的压力为0.02兆帕，通入阴极室 内空气的压力为常压，控制电池的工作温度为40°C，结果如图6中曲线17 所示。
对比例1
该对比例说明现有的燃料电池膜电极的活化方法
按照实施例1的方法制备、活化燃料电池膜电极，并测定活化后的膜电 极在不同电流密度下的输出电压，不同的是，在对燃料电池进行活化的时候， 向燃料电池的阴极室内通入增湿氮气(50°C，相对湿度为100%)，活化时间 为2小时。活化后的燃料电池膜电极在不同电流密度下的输出电压的曲线如 图7中曲线18所示。(作为对比，实施例1的活化后燃料电池膜电极在不同 电流密度下的输出电压的曲线如图7中曲线19所示)
从图3-图6中可以看出，采用本发明提供的方法活化后的燃料电池与活 化前相比，在相同的电流密度下，活化后的燃料电池的输出电压明显高于活 化前燃料电池的输出电压，尤其在高电流密度区(电流密度大于500毫安/
厘米2)，输出电压明显升高，说明采用本发明提供的活化方法活化后的燃料 电池的功率得到显著提高。
从图7中可以看出，采用现有方法活化后的燃料电池膜电极与采用本发 明(实施例l)的活化方法活化后的燃料电池膜电极相比，在相同的测定条 件下(阳极通入温度为7(TC，相对湿度为100%的增湿氢气，阳极室内压力 为0.1兆帕，氢气的利用率为95%;阴极通入空气，阴极室内压力为0.1兆 帕，空气利用率为40%，控制电池的工作温度为7(TC)，在相同电流密度下， 采用本发明的方法活化后的燃料电池膜电极的输出电压明显高于采用对比 例1的方法活化后的燃料电池的输出电压，说明采用本发明的方法活化后的 电池功率明显高于对比例1的电池功率，此外，本发明的活化时间短。
权利要求
1、一种燃料电池膜电极的活化方法，所述燃料电池包括隔板、阳极室(4)、阴极室(5)和膜电极，所述膜电极位于隔板之间，所述膜电极包括阳极(1)、阴极(2)及位于阳极(1)和阴极(2)之间的质子交换膜(3)，所述阳极室(4)位于阳极(1)和隔板之间，所述阴极室(5)位于阴极(2)和隔板之间，该方法包括分别将电源的正极和负极与燃料电池的阳极(1)和阴极(2)连接，在燃料电池上施加一外电源，在闭合电源前向阳极室(4)中通入燃料，其特征在于，向阴极室(5)中通入水。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述水为去离子水。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料为氢气、醇、醇的水 溶液，有机酸、有机酸的水溶液中的一种；所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、 异丙醇中的一种或几种，所述有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸中的一种或几种。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，所述氢气为增湿的氢气。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中，所述氢气的相对湿度为50-100%。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述外电源的电流密度为1-500 毫安/厘米2。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中，所述外电源的电流密度为25-300 毫安/厘米2。
全文摘要
燃料电池膜电极的活化方法，所述燃料电池包括隔板、阳极室4、阴极室5和膜电极，所述膜电极位于隔板之间，所述膜电极包括阳极1，阴极2及位于阳极1和阴极2之间的质子交换膜3，所述阳极室4位于阳极1和隔板之间，所述阴极室5位于阴极2和隔板之间，该方法包括分别将电源的正极和负极与燃料电池的阳极1和阴极2连接，在燃料电池上施加一外电源，在闭合电源前向阳极室4中通入燃料，其中，向阴极室5中通入水。采用本发明提供的方法活化后的膜电极的活性面积得到显著提高，因此，燃料电池的功率得到显著提供。此外，本发明的活化方法操作简单，活化时间短，重复性好。
文档编号H01M8/02GK101098009SQ20061009075
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者杨新胜, 董俊卿 申请人:比亚迪股份有限公司