专利名称：一种提高燃料电池运行耐久性的方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种提高燃料电池运行耐久性的方法。
背景技术：
燃料电池同传统储能电池相比具有环保无污染，无噪音，轻便，便于维护，材料可 循环，不存在电池冲放电短板效应问题，在电池不工作时不存在电池放电等众多优势，已经
倍受关注。燃料电池在产业化过程中必须解决几个关键问题，一是燃料电池的寿命，二是燃 料电池的成本。关于燃料电池的成本，通过众多科研工作者的大量的工作，目前价格已经大 幅度下降，已经在一些产业具有同传统储能电池相竞争的程度。关于燃料电池的寿命，众多 科研工作者在此方面做的大量的研究工作，燃料电池的运行寿命也大幅度的提高。影响燃 料电池寿命的因素非常多，如燃料电池的开关机操作对燃料电池的寿命影响；气体纯度 对燃料电池的影响；燃料电池的工作状态对燃料电池的影响；操作条件如温度、压力、增湿 度对燃料电池的影响等，不适当的运行条件能够使燃料电池性能快速的衰减，严重影响燃 料电池的运行时间。燃料电池的性能衰减主要在于催化剂材料中纳米金属粒子的粒径长 大，金属组分的流失，碳材料的氧化，催化剂层结构的变化，膜材料的老化，膜材料磺酸根离 子的分解流失等。如在专利200610027287. 2所介绍的如换用抗腐蚀性金属氧化物导电载体的方 法，提高燃料电池的催化剂抗氧化性，降低燃料电池开关机对燃料电池性能的影响。如在专利在200710157378. 2中给出了燃料电池启动方法来增加燃料电池的寿 命首先给氮气电磁阀通电，把氮气送往燃料电池的阳极腔，把阳极腔中渗入的空气排出， 然后关闭氮气电磁阀。打开工作电磁阀，将空气和氢气分别送入燃料电池的阴极与阳极，燃 料电池开始工作，当燃料电池工作停止时，关闭工作电磁阀，打开氮气电磁阀，把氮气送入 燃料电池的阳极腔，把阳极腔中残留的氢气排出。本发明在燃料电池启停过程中，有效防止 阳极腔中氢气与渗入的空气接触反应，从而提高电池的使用寿命。200810103881. 4给出了一种燃料电池延长使用寿命的方法，该方法在燃料电池停 止工作之后，用放电负载对燃料电池进行放电，快速消除燃料电池堆上的残留电荷；待燃料 电池堆(1)上各片电压均降到0.1伏以下，再通过开关断开放电负载。开关闭合后的5秒 之内使燃料电池堆上各片电池的电压均降到0. 1伏以下。这种方法减少燃料电池的性能衰 减量，延长燃料电池的寿命。上述专利中延长燃料电池运行寿命的主要方法是提高催化剂的抗腐蚀性能，或阴 极降低催化剂在高电压下的暴露时间，这对于增强燃料电池运行寿命确实有重要的意义。目前燃料电池尚存在如下的一些问题1.燃料电池运行关闭后静止保存，经过一 个长期不工作状态后启动燃料电池，燃料电池的性能明显下降，很难达到燃料电池在上次 停机时的性能，严重影响了燃料电池的寿命。2.燃料电池在连续的运行过程中，长时间连续 运行燃料电池的性能衰减速度比间歇式运行燃料电池的性能衰减速度要快。
一般认为，对于上述影响燃料电池稳定性的主要原因在于燃料电池在长时间运 行后，燃料电池的电极尤其是阴极因为长时间处在高电位，酸性状态环境氛围中，催化剂中 的金属Pt表面容易生成一种氧化态的Pto+，并在树脂酸性磺酸根作用下溶解并同磺酸根 结合，影响了膜的导质子性能。因此寻找一种简单的方法，使燃料电池在停机时或燃料电池长时间运行时减少Pt 表面氧化态的Pto+，对于提高燃料电池运行寿命非常重要。
发明内容
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方法简单、效果 好的提高燃料电池运行耐久性的方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种提高燃料电池运行耐久性的方 法，其特征在于，该方法是通过设定燃料电池的关机程序来提高燃料电池的运行寿命，所述 的关机程序具体包括以下步骤一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，该方法是通过设定燃料电池 的关机程序来提高燃料电池的运行寿命，所述的关机程序具体包括以下步骤(1)保持燃料电池阳极侧的氢气供应，使燃料氢气处于足量的状态；(2)关闭燃料电池阴极侧的空气供应风机；(3)在燃料电池的输出端连接一可控开关，关闭该可控开关，使燃料电池短路，在 燃料电池所有单片电压接近于零的状态下，在自然空气供应的情况下，使燃料电池升温至 设定温度；(4)排出燃料电池堆中的积水，关闭氢气的供应，使燃料电池在自然条件或强制空 气对流的条件下降温。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，使燃料电池在阳极侧 氢气足量，阴极侧氧气供应不足的情况下短路，升温燃料电池。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中燃 料电池短路是将可控开关关闭，使燃料电池的电压输出端正负极对接，燃料电池短路。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中设 定温度为燃料电池的温度升高到比常规运行温度高出l°c -60°c。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的常规运行温度 为 40°C -70°C。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的燃料电池的阴 极侧相对开放，步骤(3)中燃料电池的升温是利用扩散到阴极的氧气，通过可控开关维持 燃料电池电压接近于零，采用短路电流来加热燃料电池。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的相对开放是指 阴极侧空气流道比较短，能在没有强制空气供应用风机的情况下，燃料电池靠自然对流方 式也能维持超过5%燃料电池正常工作电流的能力。所述的电压接近于零是指单片电池电压范围为-0. 05-0. IV。所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中排 出燃料电池堆中的积水的方法是打开燃料电池氢气出口电磁阀，将燃料电池堆中积累的水通过氢气排出。与现有技术相比，本发明通过设定燃料电池关机程序来提高燃料电池的运行寿 命，主要是通过提升燃料电池关机后的温度，通过设置可控开关使燃料电池保持在零电压， 阴极缺氧的状态下的处理方法。方法简单、效果好。
图1为空冷燃料电池的系统结构示意图；图2为燃料电池在不同间隔放置时间燃料电池性能衰减情况；图3为不同处理频率对燃料电池性能的影响。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1如图1所示为一个200W的空冷燃料电池的系统结构简图，空冷燃料电池堆4上设 有冷却风扇3，空冷燃料电池堆4的氢气进口处设有电磁阀1，氢气出口处设有电磁阀2，空 冷燃料电池堆4的电压输出端设有可控开关5，通过设定燃料电池关机程序来提高燃料电 池的运行寿命，主要是通过提升燃料电池关机后的温度，通过设置可控开关5使燃料电池 保持在零电压，阴极缺氧的状态下的处理方法。所述的关机程序中具体包括如下过程当燃料电池运行一段时间后需要停机时， 冷却风扇3停止运转，此时氢气电磁阀1保持开的状态，放气电磁阀2为关闭状态，过30S 后，关闭可控单向开关5，空冷燃料电池的阴极因为是开放状态，在没有强制对流空气的条 件下，电池也能维持比较小的电流，燃料电池温度升高，当温度升高到比运行温度高20°C 时，打开氢气出口电池阀2，排出电池内的水后关闭电磁阀2，关闭进口电磁阀1。关机过程 结束。对于放置不同时间的燃料电池其最高性能变化情况如图2中y2所示。为了对燃料电池的性能进行研究，比较了在常规关机条件下和采用上述方法关机 处理后的电池衰减情况。常规关机条件如下当燃料电池运行一段时间后需要停机时，进口氢气电磁阀1 关闭，燃料电池在风扇负载的条件下将燃料电池内残余的氢气消耗完毕；或当燃料电池运 行一段时间后需要停机时，冷却风扇3停止运转，可控单向开关5关闭，进口氢气电磁阀1 关闭，燃料电池停止工作。对于放置不同时间的燃料电池其最高性能变化情况如图2中yl 所示。由图2可以看出，采用本发明方法关机处理后的空冷燃料电池的衰减比常规方法 关机处理的空冷燃料电池的衰减小的多。如图3所示，为不同处理频率采用本发明关机方法对燃料电池性能的影响，图3中 给出了燃料电池过8小时进行一次本发明的关机程序的处理和24小时进行关机程序的处 理电池稳定性曲线，在图中可以看出，燃料电池8小时处理的性能衰减如yll，24小时进行 处理的如图3中的y22。运行8小时对燃料电池进行一次处理性能衰减明显小于运行24小 时处理一次的性能衰减。通过上述实验结果可以看出，采用本发明的技术方案能显著提高燃料电池的运行寿命。实施例2一种提高燃料电池运行耐久性的方法，该方法是通过设定燃料电池的关机程序来 提高燃料电池的运行寿命，所述的关机程序具体包括以下步骤(1)保持燃料电池阳极侧的氢气供应，使燃料氢气处于足量的状态；(2)关闭燃料电池阴极侧的空气供应风机；(3)在燃料电池的输出端连接一可控开关，使燃料电池在阳极侧氢气足量，阴极侧 氧气供应不足的情况下将可控开关关闭，使燃料电池的电压输出端正负极对接，燃料电池 短路；燃料电池的阴极侧相对开放，阴极侧空气流道比较短，能在没有强制空气供应用风机 的情况下，燃料电池靠自然对流方式也能维持超过5%燃料电池正常工作电流的能力，利用 扩散到阴极的氧气，通过可控开关维持燃料电池电压接近于零，即单片电池电压为-0. 05V， 采用短路电流来加热燃料电池，在自然空气供应的情况下，使燃料电池升温到比常规运行 温度40°C高出1°C ；(4)排出燃料电池堆中的积水，关闭氢气的供应，使燃料电池在自然条件或强制空 气对流的条件下降温。实施例3—种提高燃料电池运行耐久性的方法，该方法是通过设定燃料电池的关机程序来 提高燃料电池的运行寿命，所述的关机程序具体包括以下步骤(1)保持燃料电池阳极侧的氢气供应，使燃料氢气处于足量的状态；(2)关闭燃料电池阴极侧的空气供应风机；(3)在燃料电池的输出端连接一可控开关，使燃料电池在阳极侧氢气足量，阴极侧 氧气供应不足的情况下将可控开关关闭，使燃料电池的电压输出端正负极对接，燃料电池 短路；燃料电池的阴极侧相对开放，阴极侧空气流道比较短，能在没有强制空气供应用风机 的情况下，燃料电池靠自然对流方式也能维持超过5%燃料电池正常工作电流的能力，利用 扩散到阴极的氧气，通过可控开关维持燃料电池电压接近于零，即单片电池电压为0. IV，采 用短路电流来加热燃料电池，在自然空气供应的情况下，使燃料电池升温到比常规运行温 度70°C高出60°C ；(4)排出燃料电池堆中的积水，关闭氢气的供应，使燃料电池在自然条件或强制空 气对流的条件下降温。
权利要求
一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，该方法是通过设定燃料电池的关机程序来提高燃料电池的运行寿命，所述的关机程序具体包括以下步骤(1)保持燃料电池阳极侧的氢气供应，使燃料氢气处于足量的状态；(2)关闭燃料电池阴极侧的空气供应风机；(3)在燃料电池的输出端连接一可控开关，关闭该可控开关，使燃料电池短路，在燃料电池所有单片电压接近于零的状态下，在自然空气供应的情况下，使燃料电池升温至设定温度；(4)排出燃料电池堆中的积水，关闭氢气的供应，使燃料电池在自然条件或强制空气对流的条件下降温。
2.根据权利要求1所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，使燃料 电池在阳极侧氢气足量，阴极侧氧气供应不足的情况下短路升温燃料电池。
3.根据权利要求1所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的 步骤(3)中燃料电池短路是将可控开关关闭，使燃料电池的电压输出端正负极对接，燃料 电池短路。
4.根据权利要求1所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的 步骤(3)中设定温度为燃料电池的温度升高到比常规运行温度高出1°C -60°C。
5.根据权利要求4所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的 常规运行温度为40°C-70°C。
6.根据权利要求1或4所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述 的燃料电池的阴极侧相对开放，步骤(3)中燃料电池的升温是利用扩散到阴极的氧气，通 过可控开关维持燃料电池电压接近于零，采用短路电流来加热燃料电池。
7.根据权利要求6所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的 相对开放是指阴极侧空气流道比较短，能在没有强制空气供应用风机的情况下，燃料电池 靠自然对流方式也能维持超过5%燃料电池正常工作电流的能力。
8.根据权利要求6所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的 电压接近于零是指单片电池电压范围为-0. 05-0. IV。
9.根据权利要求1所述的一种提高燃料电池运行耐久性的方法，其特征在于，所述的 步骤(4)中排出燃料电池堆中的积水的方法是打开燃料电池氢气出口电磁阀，将燃料电池 堆中积累的水通过氢气排出。
全文摘要
本发明涉及一种提高燃料电池运行耐久性的方法，该方法是通过设定燃料电池的关机程序来提高燃料电池的运行寿命，所述的关机程序具体包括以下步骤(1)保持燃料电池阳极侧的氢气供应，使燃料氢气处于足量的状态；(2)关闭燃料电池阴极侧的供应空气的风机；(3)在燃料电池的输出端连接一可控开关，关闭该可控开关使燃料电池短路，在短路状态下使燃料电池升温至设定温度；(4)排出燃料电池堆中的积水，关闭氢气的供应，使燃料电池在自然条件或强制空气对流的条件下降温。与现有技术相比，本发明具有方法简单、效果好等优点。
文档编号H01M8/04GK101958422SQ20091005516
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者田丙伦 申请人:上海攀业氢能源科技有限公司