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運動員在比賽前往往需要熱身,氫燃料電池也一樣,在使用前需要進行活化操作,使其性能達到可使用標準,才能真正進入使用安裝階段。這既可充分發揮電堆的性能,又可檢驗電堆產品性能和品質。

一、氫燃料電池活化過程

氫燃料電池活化的關鍵是膜電極(MEA)組件,MEA的活化機理頗為復雜,通常被認為包括以下一些過程:

  • 質子交換膜的加濕過程,質子的傳導能力與膜中的含水量成正比;

  • 物質(包含質子、電子、氣體、水)傳輸通道的建立過程;

  • 電極結構的優化過程;

  • 提高催化層的活性和利用率(主要是陰極Pt)過程。

氫燃料電池電堆活化過程及常見的3種方法

MEA微觀結構及傳質通道,圖源自科威爾

二、常見的三種活化方法

活化按照產品狀態過程,常見有三種,分別是預活化、放電活化、恢復活化。

氫燃料電池電堆活化過程及常見的3種方法

活化分類,圖源自科威爾
1、預活化
PEMFC未放電,主要通過提前使膜潤濕或去除催化劑表面氧化物和雜質來實現,在一定程度上減少了氣體、測試臺等資源的消耗,可以減少PEMFC從完成組裝到實際投入使用的時間,活化效果一般。
實際操作比如 水蒸或煮MEA,PEMFC注水或浸泡潤濕、氫氣吹掃等。
2、放電活化,又叫初次活化、在線活化
PEMFC初次放電,原位活化過程中產生的水使得MEA逐漸潤濕,同時提高催化劑的活性位點和降低點電堆的整體內阻,提高PEMFC的整體性能和穩定性,活化效果最好。
實際操作主要有恒流放電活化、變流放電活化(采用比較廣泛)、氫泵活化(通過將氫氣從膜的一側轉移到另一側來提高燃料電池性能)。
3、恢復活化
PEMFC放置較長一段時間或針對電池放電后的部分可逆性能衰減,可采用恢復活化方法在一定程度上恢復PEMFC的性能。
實際操作比如PEMFC潤濕,恒變電流運行,氫泵效應等。
總的來說,PEMFC的預處理活化、初次活化和恢復性活化三種活化工藝并不是孤立的,而是相互統一的。這意味著在實踐過程中,根據需求,可以有選擇性地采取合適的活化工藝或組合性的活化工藝,從而提高PEMFC的性能。

參考資料:

技術專題 第六期 | 如何快速激活燃料電池,輸出高效穩定“戰斗力”?新源動力

測試專題 | 質子交換膜燃料電池活化工藝淺析,科威爾

原文始發于微信公眾號(艾邦氫科技網):氫燃料電池電堆活化過程及常見的3種方法

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