一种低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法与流程

本发明属于燃料电池，尤其涉及一种低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池(pemfc)的核心部件是膜电极，膜电极的性能好坏很大程度上决定了燃料电池性能的高低。构成膜电极组件(mea)的材料，包括催化剂，而催化剂包含铂、铑、钯等的含量对其性能有着很大影响，为了使pemfc在开始工作后能快速达到它的最佳状态和工作性能，在制备好mea并将其组装成燃料电池堆进行正常测试运行前，通常都要对mea进行活化处理。

2、活化通常被认为包括以下过程：(1)质子交换膜的加湿过程；(2)物质传输通道的建立过程；(3)电极结构的优化过程；(4)提高催化层的活性和利用率。pemfc的活化可以加强质子交换膜的水合作用，提高燃料电池的输出性能。因此，mea活化方法的选择对pemfc的性能非常重要。传统的pemfc活化过程通常需要几个小时或者几天，这不仅需要消耗大量氢气，还延迟pemfc生产周期。合理的活化方法，不仅可以提高pemfc的性能，还可以极大地减少活化时间和降低气体燃料用量，从而大幅度降低活化成本。

3、目前常规膜电极阴极铂载量0.4±0.05mg/cm2，当铂载量达到0.3mg/cm2以下为低铂载量，降低pt/c一定程度上降低了材料费用，是未来发展的趋势。

4、但是对于低铂载量的膜电极组成的电堆，快速活化是个难题。现有的活化程序都需要3个小时以上或几天才能让膜电极发挥最优性能，耗费人力、材料(氢气)较多，导致从降低铂载量节约的成本在活化程序上又投入了，违背了降低成本的初衷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，旨在解决现有低铂载量的膜电极组成的电堆的活化时间长，耗费人力、氢气材料较多，活化效率低的问题。

2、本发明的目的通过下述技术方案实现：

3、一种低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，具体包括以下步骤：

4、s01.对低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的阳极和阴极进行吹扫；

5、s02.设置电堆活化操作条件：电堆温度为60-100℃，阳极/阴极压力为100-190/80-170kpa，阳极/阴极湿度为30-100/30-100％，阳极/阴极计量比为1.5-2.0/1.6-2.2；

6、s03.一次拉载至1.1-1.2a/cm2，维持4-6min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.05-1.08，维持18-22s，恢复流量维持50s-1min；

7、s04.二次拉载至1.9-2.1a/cm2，维持4-6min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.10-1.3，维持18-22s，恢复流量维持50s-1min；

8、s05.按照0.09-0.11a/cm2的增加量逐次拉载5-7次，每次拉载后，维持4-6min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.10-1.3，维持18-22s，恢复流量维持50s-1min；

9、s06.降至额定电密点维持4-6min，完成活化。

10、优选的，在步骤s01中：

11、所述低铂载量为铂载量达到0.3mg/cm2以下。

12、所述吹扫所用气体为氮气；

13、所述吹扫具体为：采用氮气吹扫2-4分钟。

14、进一步优选的，在吹扫前，通过用水把污染物洗走。

15、优选的，在步骤s02中：

16、所述的电堆活化操作条件：电堆温度60℃，阳极/阴极压力190/170kpa，阳极/阴极湿度100/100％，阳极/阴极计量比1.7/2.2。

17、优选的，在步骤s03中：

18、具体为：一次拉载至1.2a/cm2，维持5min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.08，维持20s，恢复流量维持1min。

19、优选的，在步骤s04中：

20、具体为：二次拉载至2.0a/cm2，维持5min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.10，维持20s，恢复流量维持1min。

21、优选的，在步骤s05中：

22、具体为：按照0.1a/cm2的增加量逐次拉载6次，每次拉载后，维持5min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.10，维持20s，恢复流量维持1min。

23、本发明的技术方案与现有技术相比具有以下有益效果：

24、本专利申请的快速活化方法用于低铂载量膜电极组成的燃料电池，通过一次拉载和二次拉载之间电流密度的大幅变化、以及二次拉载后5-7次的电流密度小幅变化(0.09-0.11a/cm2的增加量)，在保持阳极计量比不变，阴极计量比逐次降低至定值(1.10-1.3)，实现在48min-50min中的时间内完成低铂载量膜电极组成的燃料电池的快速活化，适用于铂载量达到0.3mg/cm2以下的低铂载量膜电极组成的燃料电池；通过低电位活化方式，能有效缩短膜电极活化时间，并显著提高低铂载量膜电极组成的燃料电池的极化性能。

技术特征：

1.一种低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：在步骤s01中：所述低铂载量为铂载量达到0.3mg/cm2以下。

3.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：在步骤s01中：所述吹扫所用气体为氮气。

4.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：所述吹扫具体为：采用氮气吹扫2-4分钟。

5.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：在步骤s02中：所述的电堆活化操作条件：电堆温度60℃，阳极/阴极压力190/170kpa，阳极/阴极湿度100/100％，阳极/阴极计量比1.7/2.2。

6.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：在步骤s03中：具体为：一次拉载至1.2a/cm2，维持5min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.08，维持20s，恢复流量维持1min。

7.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：在步骤s04中：具体为：二次拉载至2.0a/cm2，维持5min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.10，维持20s，恢复流量维持1min。

8.根据权利要求1所述的低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，其特征在于：在步骤s05中：具体为：按照0.1a/cm2的增加量逐次拉载6次，每次拉载后，维持5min，保持阳极计量比不变，阴极计量比降低至1.10，维持20s，恢复流量维持1min。

技术总结本发明公开了一种低铂载量膜电极组成的燃料电池电堆的快速活化方法，属于燃料电池技术领域。所述的快速活化方法包括以下步骤：S01.对阳极和阴极进行吹扫；S02.设置电堆活化操作条件，阳极/阴极计量比为1.5‑2.0/1.6‑2.2；S03.一次拉载至1.1‑1.2A/cm<supgt;2</supgt;；S04.二次拉载至1.9‑2.1A/cm<supgt;2</supgt;；S05.按照0.09‑0.11A/cm<supgt;2</supgt;的增加量逐次拉载5‑7次；S06.降至额定电密点维持4‑6min，完成活化。本发明的快速活化方法通过低电位活化方式，能有效缩短膜电极活化时间，并显著提高低铂载量膜电极组成的燃料电池的极化性能。技术研发人员：马晓,陈玉云受保护的技术使用者：深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2