一种PEM燃料电池快速活化方法与流程

本发明属于燃料电池，尤其涉及一种pem燃料电池快速活化方法。

背景技术：

1、氢能被认为是解决能源与环境问题的绿色能源。作为最有潜力的氢能利用方式，燃料电池汽车近年来迎来了蓬勃发展阶段，但是其核心部件pem燃料电池电堆的批量化生产工艺还未完全成熟，电堆组装完成之后并不能立即达到最优性能，需要进行较长时间的活化才能达到电堆最佳状态。电堆活化本质上是膜电极的活化，通常认为活化过程包括质子交换膜的增湿，膜电极内部水、质子、电子、气体通道的建立，催化剂形貌的优化及活性位点的暴露。合理的活化策略可以有效提升膜电极的性能，并且不会对膜电极寿命造成大的影响。

2、初装电堆通过活化工艺，性能会逐步提升，并逐渐达到稳定，此时即可认为电堆活化完成，传统的电堆活化所需要的时间在几小时甚至十几小时，活化效率较低，限制批量化生产。

技术实现思路

1、本发明针对上述的传统的电堆活化方法所需活化时间较长技术问题，提出一种预活化与在线活化相结合的pem燃料电池快速活化方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种pem燃料电池快速活化方法，包括如下步骤：

4、(1)配制浓度为0.1mol/l-0.5mol/l的稀硫酸和/或稀高氯酸溶液或二者混合溶液，此后加入异丙醇得到浸泡溶液，其中异丙醇的体积分数为2％-10％；

5、(2)将膜电极放入浸泡溶液内浸泡10-30分钟，取出后浸入去离子水中反复漂洗3-5次，此后立即组装成电堆；

6、(3)将组装好的电堆进行气密性检查，合格后与测试台架连接；

7、(4)将电堆氢腔通入相对湿度65％-75％的湿氢气，空腔通入相对湿度65％-75％的湿空气，快速将氢腔背压升至140kpa-150kpa，空腔背压升至130kpa-140kpa，并确保氢腔压力高于空腔压力10kpa-20kpa；

8、(5)背压稳定后快速升载电流至额定电流密度值的60％，保持2-5分钟，随后将电流缓慢升至电流密度值的70％保持2-5分钟，重复该变载循环2-5次；

9、(6)升载电流至额定电流密度值，保持2-5分钟，随后将电流缓慢升至额定电流密度值的110％，保持2-5分钟，重复该变载循环2-5次，直至电堆电压趋于稳定；

10、(7)快速降载至开路电压，并将水腔、氢腔和空腔背压降为0，采用湿氮气吹扫3-5分钟，完成活化。

11、作为优选，步骤(2)中浸泡溶液通过水浴加热保持70℃-80℃。

12、作为优选，步骤(4)中电堆冷却水温度为70-80℃，压力70kpa-80kpa。

13、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

14、本发明所述的快速活化方法将预活化和在线电流控制活化相结合，预活化过程中采用稀酸溶液、异丙醇及去离子水浸泡膜电极，有利于膜电极中催化剂活性位点的暴露及质子交换膜的湿润，使膜电极的状态更接近正常工作状态；在线电流控制活化过程采用变流强制活化，在中电流密度和高电流密度下进行循环加载降载操作，能有效打通膜电极内部的物质(包括质子、氢气、氧气、水等)传输通道，提升膜电极性能；两种活化方法结合充分发挥各自优势，提升活化效率，能有效缩短在线活化时间，减少氢气消耗。

技术特征：

1.一种pem燃料电池快速活化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的pem燃料电池快速活化方法，其特征在于：步骤(2)中浸泡溶液通过水浴加热保持70℃-80℃。

3.根据权利要求1所述的pem燃料电池快速活化方法，其特征在于：步骤(4)中电堆冷却水温度为70℃-80℃，压力70kpa-80kpa。

技术总结
本发明提出一种PEM燃料电池快速活化方法，包括采用去离子水、酸和异丙醇配置的浸泡溶液进行预活化、气密性检查及在线电流控制活化步骤。本发明所述的快速活化方法将预活化和在线电流控制活化相结合，两种活化方法结合充分发挥各自优势，提升活化效率，能有效缩短在线活化时间，减少氢气消耗。

技术研发人员：朱维,谢佳平,纪晓阳,沈军
受保护的技术使用者：海卓动力（青岛）能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16