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運(yùn)動(dòng)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(jìn)行活化操作,使其性能達(dá)到可使用標(biāo)準(zhǔn),才能真正進(jìn)入使用安裝階段。這既可充分發(fā)揮電堆的性能,又可檢驗(yàn)電堆產(chǎn)品性能和品質(zhì)。

一、氫燃料電池活化過程

氫燃料電池活化的關(guān)鍵是膜電極(MEA)組件,MEA的活化機(jī)理頗為復(fù)雜,通常被認(rèn)為包括以下一些過程:

  • 質(zhì)子交換膜的加濕過程,質(zhì)子的傳導(dǎo)能力與膜中的含水量成正比;

  • 物質(zhì)(包含質(zhì)子、電子、氣體、水)傳輸通道的建立過程;

  • 電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)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(jié)構(gòu)及傳質(zhì)通道,圖源自科威爾

二、常見的三種活化方法

活化按照產(chǎn)品狀態(tài)過程,常見有三種,分別是預(yù)活化、放電活化、恢復(fù)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(yù)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(zhì)來實(shí)現(xiàn),在一定程度上減少了氣體、測試臺(tái)等資源的消耗,可以減少PEMFC從完成組裝到實(shí)際投入使用的時(shí)間,活化效果一般。
實(shí)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(chǎn)生的水使得MEA逐漸潤濕,同時(shí)提高催化劑的活性位點(diǎn)和降低點(diǎn)電堆的整體內(nèi)阻,提高PEMFC的整體性能和穩(wěn)定性,活化效果最好。
實(shí)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(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)來提高燃料電池性能)。
3、恢復(fù)活化
PEMFC放置較長一段時(shí)間或針對(duì)電池放電后的部分可逆性能衰減,可采用恢復(fù)活化方法在一定程度上恢復(fù)PEMFC的性能。
實(shí)際操作比如PEMFC潤濕,恒變電流運(yùn)行,氫泵效應(yīng)等。
總的來說,PEMFC的預(yù)處理活化、初次活化和恢復(fù)性活化三種活化工藝并不是孤立的,而是相互統(tǒng)一的。這意味著在實(shí)踐過程中,根據(jù)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(shù)專題 第六期 | 如何快速激活燃料電池,輸出高效穩(wěn)定“戰(zhàn)斗力”?新源動(dòng)力

測試專題 | 質(zhì)子交換膜燃料電池活化工藝淺析,科威爾

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

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作者 li, meiyong

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