《燃料电池技术》课件-3.5 活化测试路径

氢能技术应用专业教学资源库活化测试路径活化原理和类型不同类型活化方式活化方式比较活化方式的选择和应用01030204目录01活化原理和类型活化原理活化通常被认为包括以下一些过程：质子交换膜的加湿过程，质子的传导能力与膜中的含水量成正比；01物质(包含电子、质子、气体、水)传输通道的建立过程；02电极结构的优化过程；03提高催化层的活性和利用率(主要是阴极Pt)过程。04活化类型活化类型活化路径02不同类型活化方式预活化PEMFC未放电，主要通过提前使膜润湿或去除催化剂表面氧化物和杂质来实现，在一定程度上减少了气体、测试台等资源的消耗，可以减少PEMFC从完成组装到实际投入使用的时间，活化效果一般。实际操作例如水蒸或煮MEA，PEMFC注水或浸泡润湿、氢气吹扫等。放电活化（在线活化/初次活化）传统在线活化包括电流控制方式和电压控制方式。电流控制方式分为恒流自然活化、恒流强制活化和变流强制活化方式，因为变流强制活化方式后电堆的性能最优，同时活化时间更短，是应用比较广泛的传统活化方式。有实验表明采用循环恒压活化方式比电流控制方式更有利于PEMFC性能的提升，因为电流控制方式更容易使得MEA中的纳米Pt颗粒团聚，降低了催化剂层的电化学反应面积（ECSA）。放电活化（在线活化/初次活化）传统在线活化表1-3-6USFCC推荐单电池活化步骤测试条件步序时间（min）累计时间（h）备注初始启动预热至80℃

循环步骤10.6V601执行1次循环步骤20.7V0.5V20207执行9次循环步骤210A72019放电活化（在线活化/初次活化）氢泵活化方式是通过将氢气从膜的一侧转移到另一侧来提高燃料电池性能的一种活化方式。析氢反应过程如图1-3-60所示。电极上H2析出的反应如下：燃料电池阳极：H2=2H++2e-.燃料电池阴极：2H++2e-=H2.总反应式：H2（阳极）=H2（阴极）氢泵活化析氢反应示意图放电活化（在线活化/初次活化）巴拉德（Ballard）一项测试表明，把干燥未加热的氢气通过电池组的阳极和阴极5分钟后，电池的平均电压立即增加了20-32mV。另一项测试表明，短暂暴露于加热和湿润的氢气（80℃，100％RH，持续5分钟）可使电池组几乎达到标称工作电压（正常电压的95％以内）。氢泵活化多次阴极析氢过程后燃料电池性能对比放电活化（在线活化/初次活化）

阴极饥饿活化方法是利用在缺少氧化剂的情况下短暂的拉载过程可以提高电堆性能来实现。因为在缺少氧化剂的情况下对燃料电池拉载会在阴极处产生还原条件，影响阴极性能的氧化物质被得到还原。具体实现过程是：在缺气状态下通过负载进行拉载至电压降至0V附近，然后恢复空气供应，电池电压随之恢复。该方法可用于在初始制造后的电堆快速活化，还可以用于恢复性活化。阴极饥饿方式放电活化（在线活化/初次活化）

一氧化碳（CO）会强烈吸附在催化剂上严重污染PEM燃料电池，也可利用此现象活化PEM燃料电池。图1-3-62比较了常规活化和CO氧化剥离条件下的性能。可以看出，在每个CO氧化剥离过程之后电池性能提高，通过三个CO吸附/CO2解吸附循环活化比传统的活化程序获得的性能高约29％。CO氧化剥离方式图1-3-62传统活化方式和CO氧化剥离比较恢复活化01PEMFC放置较长一段时间或针对电池放电后的部分可逆性能衰减，可采用恢复活化方法在一定程度上恢复PEMFC的性能，此修复过程类似于活化过程。实际操作比如PEMFC润湿，恒变电流运行，氢泵效应等。例如，将阴极暴露于氢气中也可以用于在长期存储之后使燃料电池恢复活力。恢复活化01PEMFC放置较长一段时间或针对电池放电后的部分可逆性能衰减，可采用恢复活化方法在一定程度上恢复PEMFC的性能，此修复过程类似于活化过程。实际操作比如PEMFC润湿，恒变电流运行，氢泵效应等。例如，将阴极暴露于氢气中也可以用于在长期存储之后使燃料电池恢复活力。03活化方式比较活化方式比较04活化方式的选择和应用活化方式选择PEMFC的预处理活化、初次活化和恢复性活化三种活化工艺并不是孤立的，而是相互统一的。这意味着在实践过程中，根据需求，可以有选择性地采取合适的活化工艺或组合性的活化工艺，从而提高PEMFC的性能。活化方式应用

在大多数情况下不合适