一种利用压差渗氧有效缓解质子交换膜燃料电池阳极中毒的方法

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种利用压差渗氧有效缓解质子交换膜燃料电池阳极中毒的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）耐久性是制约氢能在交通领域大规模商业化应用的关键因素之一，燃料电池乘用车行驶5000h后，输出性能衰减应小于10%。目前，我国车用燃料电池氢气主要来自工业副产氢，其中含有的痕量杂质，如H

在氢气杂质中，H

发明内容

本发明针对氢气中杂质对PEMFC阳极催化剂的毒化，提供一种利用压差渗氧有效缓解质子交换膜燃料电池阳极毒化的方法。该方法通过对质子交换膜燃料电池阴极设置背压，在阴阳极两侧产生压差，从而使阴极侧空气通过质子交换膜渗透到阳极，阳极侧在有氧气存在的条件下，吸附在阳极催化剂上的硫化氢、一氧化碳等杂质氧气被氧化，最大程度上恢复了燃料电池性能，从而有效缓解了燃料电池阳极中毒。本发明采用的方法简单易行，可操作性强，在燃料电池电堆上具有可行性。

更为具体的，本发明采用如下技术方案：一种利用压差渗氧有效缓解质子交换膜燃料电池阳极中毒的方法，包括以下步骤：

（1）燃料电池发生阳极毒化后，在阳极侧通入一定流量的高纯氢，阴极侧通入一定流量的氧化剂气体，将阴极和阳极背压均调整为0；

（2）在步骤（1）基础上，保持燃料电池阴阳极气流量不变，仅在阴极设置背压，使阴阳极两侧生一定的压差；

（3）在步骤（2）基础上，保持阴极气流量不变，将阳极侧流量设置为0，在步骤（2）所述的压差条件下维持一定时间；

（4）在步骤（3）操作完成后，仍保持阴极气流量不变，将燃料电池阳极侧通入一定流量的高纯氢气，将步骤（2）中设置的阴极侧背压降为0。

在本发明的优选的实施方式中，步骤（1）中，所述氧化剂气体为空气或者氧气中的一种或几种，阳极氢气流量为50-800 sccm；阴极氧化剂气体流量为50-800 sccm。

在本发明的优选的实施方式中，步骤（2）中，所述燃料电池阴极侧设置的背压为10-40 Kpa， 阴阳极两侧产生的压差范围为10-40 Kpa；

在本发明的优选的实施方式中，步骤（3）中，所述的阴阳极存在压差条件下维持的一定时间为0.5-2 h。

在本发明的优选的实施方式中，步骤（4）中，所述的高纯氢气流量为50-800 sccm。

本发明还保护所述的方法在有效缓解氢气中硫化氢、一氧化碳或其他可被氧化消除的杂质导致的质子交换膜燃料电池阳极毒化中的应用。

在本发明的优选的实施方式中，本发明还保护所述的方法在以燃料电池为动力的交通运输、固定式电站等场景的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1. 本发明的方法简单易行，无需对燃料电池供气、温度控制、背压、电子负载等设备进行改装，在以燃料电池为动力的交通运输、固定式电站等应用场景中具有可操作性，对缓解燃料电池阳极中毒具有可行性。

2. 在燃料电池发生阳极中毒后，采用本发明设计的缓解策略，其所恢复的燃料电池，性能恢复比例显著高于中毒后采用通入高纯氢方法恢复的性能。

3. 本发明设计的方法可适用于缓解因氢气中硫化氢、一氧化碳或其他可被氧化消除的杂质导致的燃料电池阳极中毒。

附图说明

下面结合附图做进一步的说明：

图1是本发明缓解燃料电池阳极中毒策略原理图；

图2是实施例1中通入5 ppm H

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非限于这些例子。

测试的单电池夹具活性面积为 5 cm

实施例1：

在燃料电池发生阳极中毒后，阳极侧通入气流量为500 sccm高纯氢，阴极侧通入气流量为500 sccm氧化剂气体，此时，将阴阳两极背压调整为0 kpa; 维持燃料电池阴阳极气流量不变，仅在阴极设置背压，使阴阳极两侧产生40 kpa的压差；保持阴极气流量不变，将阳极侧流量设置为0，在该压差条件下维持1 h。仍保持阴极气流量不变，将燃料电池阳极侧通入一定流量的高纯氢气，设置的阴极侧背压降为0，然后对燃料电池进行活化测试。图2为通入5 ppm H

实施例2

采用与实施例1相同的测试方法， 改变阴阳极两侧的压差25 kpa。研究发现，与实施例1结果一致，较通入纯氢电池性能恢复比例，压差25 kpa缓解策略下的电池性能恢复同样有显著增加，可达到84.7%，由于压差的减小，渗透氧气量减小，恢复比例也有所下降。

以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围。