质子交换膜燃料电池快速活化方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910926266.1 (22)申请日 2019.09.27 (71)申请人 先进储能材料国家工程研究中心有 限责任公司 地址 410100 湖南省长沙市经济技术开发 区人民东路二段169号先进储能节能 示范产业园10#栋一楼 (72)发明人 钟发平贺凤倪江鹏杨涵 邓宇飞尹涛 (51)Int.Cl. H01M 8/04223(2016.01) H01M 4/88(2006.01) (54)发明名称 质子交换膜燃料电池快速活化方法 (57)摘要 本发明提供了一种质子交换膜燃料。

2、电池快 速活化方法， 将新制备的CCM膜进行等离子表面 处理， 之后将其制成质子交换膜燃料电池， 按以 下步骤进行活化： (a)将电池工作温度逐步升高 并逐步分段强制提高输出电流， 直至电池工作温 度达到7080且输出电压降至0.40.5V； (b) 将电池工作温度固定在7080， 并逐步分段强 制提高输出电流， 直至输出电压降至0.40.5V， 循环14次； (c)将电池工作温度固定在7080 ， 先按50200mA/cm2的较小输出电流， 再按 8001200mA/cm2的较大输出电流， 循环28次。 本发明方法工艺简单， 可缩短电池活化时间， 提 高生产效率。 权利要求书1页 说明书4页。

3、 CN 110649291 A 2020.01.03 CN 110649291 A 1.一种质子交换膜燃料电池快速活化方法， 其特征在于： 将新制备的CCM膜进行等离子 表面处理， 之后将处理后的CCM膜制成质子交换膜燃料电池， 将质子交换膜燃料电池按以下 步骤进行活化： (a)将电池工作温度逐步升高并逐步分段强制提高输出电流， 直至电池工作温度达到 7080且输出电压降至0.40.5V， 各输出电流的持续时间为1020min； (b)将电池工作温度固定在7080， 并逐步分段强制提高输出电流， 直至输出电压降 至0.40.5V， 各输出电流的持续时间为1020min， 循环14次； (c)将。

4、电池工作温度固定在7080， 先按50200mA/cm2的较小输出电流， 再按800 1200mA/cm2的较大输出电流， 各输出电流的持续时间为15min， 循环28次。 2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池快速活化方法， 其特征在于： 所述步骤(a) 中， 输出电流每次提高的幅度为50500mA/cm2。 3.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池快速活化方法， 其特征在于： 所述步骤(b) 中， 输出电流每次提高的幅度为400650mA/cm2。 4.如权利要求13任一所述的质子交换膜燃料电池快速活化方法， 其特征在于： 所述 新制备的CCM膜进行的等离子表面处理的时间控制为15min。

5、。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110649291 A 2 质子交换膜燃料电池快速活化方法 技术领域 0001 本发明涉及一种质子交换膜燃料电池快速活化方法。 背景技术 0002 燃料电池是一种高效清洁的新能源利用技术。 新制成的电池需活化后才能正常使 用， 活化可以使MEA(质子交换膜燃料电池)中的催化剂活性提高， 加快阴阳极两侧的反应速 度， 常规燃料电池活化通常需要4小时以上， 时间长且效果不佳。 而燃料电池活化的目的主 要包括： 对新制得的CCM表面进行结构优化， 改善CCM润湿性， 优化水况； 通过电池放电 使电极与扩散层进行水合， 降低膜电极的内阻尤其是欧姆内阻； 活化过程也。

6、是气体、 质 子、 电子、 水的通道的建立过程， 电池通过活化后使CCM、 碳纸等不断发生微观结构的变化， 形成连续的三维网络； 去除电池制造过程中可能引入的杂质。 因此， 如何对电池进行活化 处理， 在达到活化目的的同时， 可缩短活化时间， 提高生产效率， 就成为当前的一个研究课 题。 发明内容 0003 本发明旨在提供一种工艺简单、 可缩短电池活化时间、 提高生产效率的质子交换 膜燃料电池快速活化方法。 0004 本发明通过以下方案实现： 0005 一种质子交换膜燃料电池快速活化方法， 将新制备的CCM膜(Catalyst Coated Membrane， 催化剂喷涂到质子交换膜上后形成的。

7、膜产品)进行等离子表面处理， 之后将处理 后的CCM膜制成质子交换膜燃料电池， 将质子交换膜燃料电池按以下步骤进行活化： 0006 (a)将电池工作温度逐步升高并逐步分段强制提高输出电流， 直至电池工作温度 达到7080且输出电压降至0.40.5V， 各输出电流的持续时间为1020min； 电池工作 温度的初始值一般设置在4045， 输出电流的初始值一般设置为50100mA/cm2； 0007 (b)将电池工作温度固定在7080， 并逐步分段强制提高输出电流， 直至输出电 压降至0.40.5V， 各输出电流的持续时间为1020min， 循环14次； 输出电流的初始值一 般设置为200400mA。

8、/cm2； 0008 (c)将电池工作温度固定在7080， 先按50200mA/cm2的较小输出电流， 再按 8001200mA/cm2的较大输出电流， 各输出电流的持续时间为15min， 循环28次。 0009 进一步地， 所述步骤(a)中， 输出电流每次提高的幅度为50500mA/cm2。 0010 进一步地， 所述步骤(b)中， 输出电流每次提高的幅度为400650mA/cm2。 0011 进一步地， 所述新制备的CCM膜进行的等离子表面处理的时间控制为15min。 本 发明的等离子表面处理工艺为将新制备的CCM膜置于等离子处理装置中按现有技术的等离 子表面处理工艺进行。 0012 本发。

9、明的质子交换膜燃料电池快速活化方法， 具有以下优点： 0013 (1)通过对对新制备的CCM膜进行等离子表面处理， 使得CCM膜表层的催化剂层粗 说明书 1/4 页 3 CN 110649291 A 3 糙度增加， 比表面积增大， 增大了反应物与催化剂的接触面积， 同时经处理后的催化剂表层 亲水性增强， 有利于CCM膜润湿并加速后期MEA活化； 0014 (2)经步骤(c)的低电流、 高电流循环放电若干次后， 利用低电流高电压使杂质有 机物降解挥发， 再利用高电流将有机物冲走， 可有效去除各类杂质， 使电池充分发挥活性， 活化充分， 达到最佳工作状态； 0015 (3)工艺简单， 可高效快速地。

10、对电池进行活化， 缩短电池活化时间， 提高生产效率， 节约了活化成本， 采用本发明质子交换膜燃料电池快速活化方法活化的电池可快速达到最 佳的工作状态和性能。 具体实施方式 0016 以下结合实施例对本发明作进一步说明， 但本发明并不局限于实施例之表述。 0017 实施例1 0018 一种质子交换膜燃料电池快速活化方法， 将55cm2新制备的CCM膜置于等离子处 理装置中按现有技术的等离子表面处理工艺进行处理， 等离子处理装置中充入氩气， 氩气 充入流量为15ml/s， 等离子处理装置的功率为100W、 真空度为50Pa、 温度为40， 等离子表 面处理时间为2min； 之后将处理后的CCM膜按。

11、现有工艺制成质子交换膜燃料电池， 将质子交 换膜燃料电池连接至电池测试仪， 按以下步骤进行活化： 0019 (a)先将电池工作温度设置为45， 加湿， 反应气供给采用计量比模式， 按氢气： 1.5， 空气： 2.5， 输出电流的初始值设置为2.5A， 将电池工作温度逐步升高并逐步分段强制 提高输出电流， 输出电流每次提高的幅度为100200mA/cm2， 直至电池工作温度达到75 且输出电压降至0.40.5V， 各输出电流的持续时间为10min， 具体工步按表1所示： 0020 表1 0021 0022 (b)将电池工作温度固定在75， 输出电流的初始值设置为10A， 并逐步分段强制 提高输出。

12、电流， 输出电流每次提高的幅度为400mA/cm2， 直至输出电压降至0.40.5V， 各输 出电流的持续时间为10min， 循环2次， 具体工步按表2所示： 0023 表2 0024 说明书 2/4 页 4 CN 110649291 A 4 0025 (c)将电池工作温度固定在75， 先按200mA/cm2的较小输出电流， 再按1200mA/cm2 的较大输出电流， 各输出电流的持续时间为1min， 循环4次， 具体工步按表3所示： 0026 表3 0027 0028 按实施例1方法， 质子交换膜燃料电池的活化时间仅需158， 可比现有燃料电池的 活化时间缩短约34。 0029 实施例2 0。

13、030 一种质子交换膜燃料电池快速活化方法， 将44cm2新制备的CCM膜置于等离子处 理装置中按现有技术的等离子表面处理工艺进行处理， 等离子处理装置中充入氩气， 氩气 充入流量为10ml/s， 等离子处理装置的功率为100W、 真空度为50Pa、 温度为40， 等离子表 面处理时间为5min； 之后将处理后的CCM膜按现有工艺制成质子交换膜燃料电池， 将质子交 换膜燃料电池连接至电池测试仪， 按以下步骤进行活化： 0031 (a)先将电池工作温度设置为40， 加湿， 反应气供给采用固定值模式， 氢气为 500mL/min， 空气为1500mL/min， 输出电流的初始值设置为1A， 将电池。

14、工作温度逐步升高并 逐步分段强制提高输出电流， 输出电流每次提高的幅度为180250mA/cm2， 直至电池工作 温度达到70且输出电压降至0.40.5V， 各输出电流的持续时间为10min， 具体工步按表4 所示： 0032 表4 0033 0034 (b)将电池工作温度固定在70， 输出电流的初始值设置为5A， 并逐步分段强制提 高输出电流， 输出电流每次提高的幅度为625mA/cm2， 直至输出电压降至0.40.5V， 各输出 电流的持续时间为10min， 循环2次， 具体工步按表5所示： 0035 表5 说明书 3/4 页 5 CN 110649291 A 5 0036 0037 (c)将电池工作温度固定在70， 先按100mA/cm2的较小输出电流， 再按1000mA/cm2 的较大输出电流， 各输出电流的持续时间为2min， 循环6次， 具体工步按表6所示： 0038 表6 0039 0040 按实施例2方法， 质子交换膜燃料电池的活化时间仅需142分钟， 可比现有燃料电 池的活化时间缩短约40。 说明书 4/4 页 6 CN 110649291 A 6 。