一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种恢复以富氢为原料的燃料电池电堆性能的方法。


背景技术：

2.富氢燃料电池电堆是一种电化学装置，其组成与一般质子交换膜燃料电池电堆相同，由质子交换膜、催化剂、碳纸等材料组成膜电极，再由膜电极与双极板组成电堆。不同的是一般质子交换膜燃料电池电堆的燃料是高纯氢气，而富氢燃料电池电堆的燃料是氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等混合气体，主要来源于天然气、甲醇重整制氢。重整制氢在工业化程度和成本上占据很大优势，在未来将占据制氢的最大部分，所以富氢燃料电池电堆有着广阔的应用前景。
3.由于富氢燃料电池电堆在运行过程中，燃料气中的一氧化碳会占据pt催化剂的活性位点，使催化剂“中毒”，造成电堆的性能降低。如果可以阻止富氢燃料电池电堆的性能下降，将会大大延长其使用寿命，降低其总体使用成本，有助于富氢燃料电池电堆的商业化。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提出一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法。
5.本发明所采用的技术解决方案是：
6.一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，包括以下步骤：
7.(1)将富氢燃料电池电堆进行氮气吹扫，然后在富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢，进行还原反应，反应完成后，切断氢气供应；
8.(2)向富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气，进行氧化反应，反应完成后，切断空气供应；
9.(3)重复步骤(1)和步骤(2)多次，完成富氢燃料电池电堆性能的恢复。
10.优选的，步骤(1)中：控制富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢的流量为10-200ml/min。
11.优选的，步骤(1)中：控制富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢的持续时间为2-10min。
12.优选的，步骤(2)中：控制富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气的流量为20-400ml/min。
13.优选的，步骤(2)中：控制富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气的持续时间为4-20min。
14.优选的，步骤(1)和步骤(2)中：均控制富氢燃料电池未向外供电。
15.优选的，步骤(3)中：控制重复步骤(1)和步骤(2)的次数为2-6次。
16.优选的，恢复后的富氢燃料电池电堆的电压和功率均比恢复处理前提高10％以上。
17.本发明的原理及有益技术效果如下：
18.富氢燃料电池电堆长时间使用后，阴极侧的pt催化剂长期处在富氢环境中，部分pt颗粒会与一氧化碳结合成pt-co，造成催化剂的活性下降。而阳极侧的pt催化剂长期处在较低电势的空气氛围中，部分pt颗粒会被慢慢氧化成pto。采用本发明方法对长时间使用后的富氢燃料电池电堆进行处理，会使pt-co被氧化成pt，pto被还原成pt，工作原理如下：
19.阴极：pt-co+o2→
pt+co220.阳极：pto+h2→
pt+h2o
21.具体地，本发明的优点体现在以下方面：
22.(1)采用本发明的处理方法，能将长时间使用的富氢燃料电池电堆的性能恢复，提高初始性能的10％以上。
23.(2)本发明处理方法简单，不需要拆解富氢燃料电池电堆，处理成本低。
附图说明
24.图1为富氢燃料电池电堆经本发明处理前后的性能变化图。
具体实施方式
25.实施例1
26.一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，包括以下步骤：
27.(1)将富氢燃料电池电堆进行氮气吹扫，然后在富氢燃料电池电堆的阳极侧按流量120ml/min通入纯氢，5min后，切断氢气供应，此过程中燃料电池未向外供电。
28.(2)向富氢燃料电池电堆的阴极侧按流量300ml/min通入空气，5min后，切断空气供应，此过程中燃料电池未向外供电；
29.(3)重复步骤(1)和步骤(2)的操作2次，处理完成。
30.测试同一个富氢燃料电池电堆在处理前后的性能，得到的结果如图1所示。从图1中可以看出，在输出相同电流的情况下，处理后的富氢燃料电池电堆的电压和功率均比处理前高10％以上，即富氢燃料电池的性能恢复。
31.实施例2
32.采用与实施例1相同的处理方法，不同之处在于：
33.步骤(1)中的富氢燃料电池电堆的氢气流量调整为10ml/min，通入氢气的持续时间为10min。
34.步骤(2)中的富氢燃料电池电堆的空气流量调整为400ml/min，通入空气的持续时间为4min。
35.重复步骤(1)和步骤(2)的操作3次。
36.经检测，处理前后的富氢燃料电池电堆的性能提高12％。
37.实施例3
38.采用与实施例1相同的处理方法，不同之处在于：
39.步骤(1)中的富氢燃料电池电堆的氢气流量调整为200ml/min，通入氢气的持续时间为为2min。
40.步骤(2)中的富氢燃料电池电堆的空气流量调整为20ml/min，通入空气的持续时
间为为20min。
41.重复步骤(1)和步骤(2)的操作6次。
42.经检测，处理前后的富氢燃料电池电堆的性能提高14％。


技术特征：
1.一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将富氢燃料电池电堆进行氮气吹扫，然后在富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢，进行还原反应，反应完成后，切断氢气供应；(2)向富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气，进行氧化反应，反应完成后，切断空气供应；(3)重复步骤(1)和步骤(2)多次，完成富氢燃料电池电堆性能的恢复。2.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于，步骤(1)中：控制富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢的流量为10-200ml/min。3.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于，步骤(1)中：控制富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢的持续时间为2-10min。4.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于，步骤(2)中：控制富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气的流量为20-400ml/min。5.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于，步骤(2)中：控制富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气的持续时间为4-20min。6.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中：均控制富氢燃料电池未向外供电。7.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于，步骤(3)中：控制重复步骤(1)和步骤(2)的次数为2-6次。8.根据权利要求1所述的一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，其特征在于：恢复后的富氢燃料电池电堆的电压和功率均比恢复处理前提高10％以上。

技术总结
本发明公开一种恢复富氢燃料电池电堆性能的方法，属于燃料电池技术领域。该方法包括以下步骤：(1)将富氢燃料电池电堆进行氮气吹扫，然后在富氢燃料电池电堆的阳极侧通入纯氢，进行还原反应，反应完成后，切断氢气供应；(2)向富氢燃料电池电堆的阴极侧通入空气，进行氧化反应，反应完成后，切断空气供应；(3)重复步骤(1)和步骤(2)多次，完成富氢燃料电池电堆性能的恢复。采用本发明的处理方法，能将长时间使用的富氢燃料电池电堆的性能恢复，提高初始性能的10％以上。本发明处理方法简单，不需要拆解富氢燃料电池电堆，处理成本低。处理成本低。处理成本低。


技术研发人员：白泽旭 张纪尧 赵宏 甄崇礼
受保护的技术使用者：青岛创启信德新能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/1