一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法。

背景技术：

1、在石化能源不可再生，环境污染日益严峻的背景下，质子交换膜燃料电池(pemfc)具有能量转换率高，无污染，响应速度快，可在低温环境下启动运行等优点。在新能源汽车，便携式电源，分布式发电等领域受到广泛的关注。

2、目前燃料电池行业普遍存在的可靠性差和寿命短等问题制约着燃料电池的商业化进程，电池性能的衰减是其在恶劣环境下长时间疲劳累计的过程。稳态运行是指燃料电池在恒定模式下(恒压或恒流，温度、压力相对不变)不间断的对外输出电能的一种工作状态。在pemfc系统实际运行过程中，稳态运行是非常常见的一种应用场景，例如：燃料电池汽车在城郊或高速上定速飞驰、热电联共的电站为用户提供源源不断的电能等。由于双极板流场不合理的设计和分水器能力的差别等限制因素，系统不能及时排除mea内部的水，导致输出功率产生波动。电池长时间在高电位下运行也会使催化剂表面形成氧化层，性能逐渐下降。最后造成不可逆的损伤。如何使燃料电池在稳态运行中实现不断的自我修复内部产生的可逆衰减变得尤为重要。

技术实现思路

1、根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，具体包括如下步骤；

2、s1：根据质子交换膜燃料电池系统在稳态实际应用场景使用要求、设计运行工况一；

3、s2：使用质子交换膜膜电极、对应的双极板和夹具组成稳态短堆，对初装后的稳态短堆进行气密性检测，将气密性合格的短堆移送到燃料电池测试系统上；

4、s3：对水箱和增湿罐进行预加热，设定水泵转速并持续循环的向电堆中通入冷却液，使电堆达到设定温度；

5、s4：当待增湿罐露点温度达到设定值，调节氢路比例阀和空路流量控制器，在阳极入口通入一定压力的氢气、阴极入口通入一定量的氧气；

6、s5：待各节开路电压值达到稳定后，对电池进行在线活化处理；

7、s6：按照任务书要求对电堆进行相关性能测试，输入设计的运行工况一，采用上位机自动运行测试程序，并每隔一定时间进行极化曲线测试；

8、s6：设计运行工况二，重复s2～s6，待工况二运行结束后整理相关数据并进行分析。

9、进一步的，所述运行工况一为将燃料电池实测系统中的运行条件等比例转换为在台架测试系统上运行的各种温度、压力、流量参数信息，被上位机软件识别、运行的文档。

10、进一步的，所述运行工况二为：通过增加快速加载过程，改变加载过程的空气计量比，造成欠气状态，产生有利于清洁催化层表面的低电压氛围，并且在峰值处持续运行，调整堆内水热状态。

11、进一步的，所述燃料电池测试系统包括：包含气源、减压阀、比例阀、流量控制器、增湿罐以及多个传感器的供气系统，还包括包含水箱、加热棒、水泵以及热交换器的冷却液循环系统，还包括带有采集信号、数据记录、发出参数调整指令能力的控制系统和上位机。

12、进一步的，所述冷却液包括去离子水、乙二醇类防冻液，其中冷却液温度范围为-40～90℃。

13、进一步的，一定压力氢气指氢气压力低于质子交换膜的破坏压力。

14、进一步的，所述任务书包括实验目的、待测电堆尺寸、待测电堆节数、电堆测试流程、活化和极化曲线运行的条件、电堆发生意外时处置方法的资料。

15、由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减的方法，具有如下有益效果：

16、(1)本发明结合燃料电池原理和实测经验，通过对稳态运行过程中电堆加载电流、加载气量的调节，使电堆自产生恢复氛围，对减缓电堆的衰减率有促进作用。方法简单易实现。

17、(2)本发明使用燃料电池系统现有的设备，成本低，可行性高，恢复过程可不用拆卸。

18、(3)本发明制定了可行的稳态发电工况，为以后规模级应用的燃料电池发电系统稳定运行提供了参考。

技术特征：

1.一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于：所述运行工况一为将燃料电池实测系统中的运行条件等比例转换为在台架测试系统上运行的各种温度、压力、流量参数信息，被上位机软件识别、运行的文档。

3.根据权利要求1所述的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于：所述运行工况二为：通过增加快速加载过程，改变加载过程的空气计量比，造成欠气状态，产生有利于清洁催化层表面的低电压氛围，并且在峰值处持续运行，调整堆内水热状态。

4.根据权利要求1所述的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于：所述燃料电池测试系统包括：包含气源、减压阀、比例阀、流量控制器、增湿罐以及多个传感器的供气系统，还包括包含水箱、加热棒、水泵以及热交换器的冷却液循环系统，还包括带有采集信号、数据记录、发出参数调整指令能力的控制系统和上位机。

5.根据权利要求1所述的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于：所述冷却液包括去离子水、乙二醇类防冻液，其中冷却液温度范围为-40～90℃。

6.根据权利要求1所述的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于：一定压力氢气指氢气压力低于质子交换膜的破坏压力。

7.根据权利要求1所述的一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，其特征在于：所述任务书包括实验目的、待测电堆尺寸、待测电堆节数、电堆测试流程、活化和极化曲线运行的条件、电堆发生意外时处置方法的资料。

技术总结
本发明公开了一种缓解质子交换膜燃料电池稳态运行衰减方法，该方法使用现有的燃料电池测试设备，从燃料电池的原理出发，通过改变PEMFC运行过程中的电流、氧化剂流量等参数。使电池内部产生短暂的欠气和水热平衡状态。自动修复电池稳态运行过程中的可逆衰减，不用增加额外的设备，可保证质子交换膜燃料电池系统能够平稳、高效的运行。该方法使燃料电池在稳态工作中能够产生还原态氛围，自清洁阴极铂催化剂，促进排出电池内部积累的液态水，改善水热平衡进而恢复性能。缓解燃料电池在稳态工况下的性能衰减。

技术研发人员：张扬,舒清柱,孙昕,邢丹敏,李轶楠,赵叶龙,褚志荣
受保护的技术使用者：新源动力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15