一种氢燃料电池催化剂的活化方法和应用与流程

本发明涉及氢燃料电池领域，具体而言，涉及一种氢燃料电池催化剂的活化方法和应用。

背景技术：

1、氢燃料电池系统是一种发电装置，通过氢气和氧气的电化学反应将氢气化学能直接转换成电能。该系统主要由燃料电池发动机、车载储氢系统、冷却系统等组成，其中燃料电池发动机系统包括燃料电池电堆、氢气供给系统、氧气供给系统、发动机控制器等。在供氢系统中，氢气从氢气罐输送到燃料电池电堆，而供气系统则由空气过滤器、空气压缩机和加湿器等组成，为燃料电池堆提供氧气。水热管理系统采用独立的水和冷却剂回路来消除废热和反应产物(水)。燃料电池系统产生的电力通过动力控制单元驱动电动机，从而驱动车辆行驶，辅助电池则在需要时提供额外的电力。

2、催化剂中毒是指催化剂在运行过程中由于某些原因导致其活性降低，无法有效促进化学反应的情况。在氢燃料电池系统中，催化剂通常是由贵金属(如铂)制成，其作用是加速氢气和氧气反应生成水的反应速度。

3、当系统长期工作在偏干环境下，或者在冷吹扫后，催化剂与树脂聚合物中间的水减少。这可能导致磺酸基团与催化剂铂之间发生电荷吸附，使得催化剂的活性面积减少，从而引起催化剂中毒。中毒的催化剂无法有效促进氢气和氧气的反应，导致燃料电池的发电效率下降，甚至无法正常工作。而现有技术中，并没有能够有效解决磺酸基团与催化剂铂之间发生电荷吸附导致催化剂中毒的技术方案。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢燃料电池催化剂的活化方法，以解决氢燃料电池系统长期工作在干燥环境以及低温吹扫后引起催化剂中毒的问题，提升氢燃料电池系统的经济性与耐久性。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、本发明的一个方面，涉及一种氢燃料电池催化剂的活化方法，包括以下步骤：

4、在小于0.2v的电位下运行氢燃料电池的燃料电池堆，使磺酸基团和与金属催化剂分离，分离的所述磺酸基与水结合，完成催化剂的活化。

5、所述的催化剂的活化方法，方法简单，容易实现，活化中毒的催化剂的效果好，效率高。

6、优选地，所述催化剂包括铂族负载型催化剂，所述铂族负载型催化剂包括铂、钯、铱、铑或锇中的一种或几种为活性组分。

7、优选地，所述活化方法包括：开机活化和关机活化。

8、优选地，所述开机活化，包括：

9、开机时，控制系统调节电压小于0.2v，电流1～2a/cm2，运行的同时，氢气和氧气反应会产生水，带走分离的磺酸根，完成催化剂的活化。

10、优选地，所述关机活化，包括：

11、在关机前，控制系统调节电压小于0.2v，电流0.1～0.2a/cm2，然后关闭所述氢燃料电池的控制系统，同时对电堆进行降温处理，降温过程中产生的冷凝水，带走分离的磺酸根，完成催化剂的活化。

12、优选地，所述降温处理包括：降低所述氢燃料电池的入口处冷却液温度、增加冷却系统的水量或提高冷却风扇的转速中的至少一种。

13、优选地，关闭所述氢燃料电池的控制系统后，活化过程中，电堆内部的相对湿度大于100％。

14、优选地，所述关机活化的过程中，关闭所述氢燃料电池的控制系统的同时，停止所述氢燃料电池的电堆阴极侧的空气供给，所述电堆继续工作消耗所述电堆阴极侧的空气。

15、优选地，所述开机活化或者所述关机活化的时间≥1min。

16、本发明的另一个方面，还涉及一种提高氢燃料电池使用寿命的方法，包括所述的氢燃料电池催化剂的活化方法。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、(1)本发明提供的氢燃料电池催化剂的活化方法，通过在小于0.2v的电位下运行氢燃料电池的燃料电池堆，使磺酸基团和与金属催化剂分离，分离的所述磺酸基与水结合，完成催化剂的活化；能够减少由于催化剂中毒导致的氢燃料电池系统的性能衰减，提升燃料电池系统的耐久性。

19、(2)本发明提供的氢燃料电池催化剂的活化方法，在开机时和/或关机后都可以完成催化剂的活化，对催化剂活化的时间节点没有过多限制，活化时间可灵活选择，所需活化时间短；不需要将催化剂在氢燃料电池中取出即可完成活化，方便快捷。

20、(3)本发明提供的氢燃料电池催化剂的活化方法，在氢燃料电池系统关机后对催化剂进行活化，不会对用户的使用造成干扰，提高用户体验，并且巧妙利用关机后的水温、电堆内气温、电堆部件温度保持在较高温度的状态，迅速冷却氢燃料电池系统，使得催化剂和树脂聚合物之间产生足够量的水。

技术特征：

1.一种氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述催化剂包括铂族负载型催化剂，所述铂族负载型催化剂包括铂、钯、铱、铑或锇中的一种或几种为活性组分。

3.根据权利要求1所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述活化方法包括：开机活化和关机活化。

4.根据权利要求3所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述开机活化，包括：

5.根据权利要求3所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述关机活化，包括：

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述降温处理包括：降低所述氢燃料电池的入口处冷却液温度、增加冷却系统的水量或提高冷却风扇的转速中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，关闭所述氢燃料电池的控制系统后，活化过程中，电堆内部的相对湿度大于100％。

8.根据权利要求5所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述关机活化的过程中，关闭所述氢燃料电池的控制系统的同时，停止所述氢燃料电池的电堆阴极侧的空气供给，所述电堆继续工作消耗所述电堆阴极侧的空气。

9.根据权利要求3所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，其特征在于，所述开机活化或者所述关机活化的时间≥1min。

10.一种提高氢燃料电池使用寿命的方法，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的氢燃料电池催化剂的活化方法。

技术总结
本发明涉及氢燃料电池领域，具体而言，涉及一种氢燃料电池催化剂的活化方法和应用。所述的氢燃料电池催化剂的活化方法，包括以下步骤：在小于0.2V的电位下运行氢燃料电池的燃料电池堆，使磺酸基团和与金属催化剂分离，分离的所述磺酸基与水结合，完成催化剂的活化。所述的氢燃料电池系统催化剂的活化方法，方法简单，容易实现，活化的催化剂的效果好，效率高。

技术研发人员：张侃侃,汪尚尚,方川
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4