[发明专利]一种组合再生式燃料电池系统放电工作模式启动方法

说明书

本发明提供了一种组合再生式燃料电池系统放电工作模式启动方法，具体包括以下步骤：第一步，维持电解模式但停止水的供应并向电极中导入反应气体；第二步，观察电解电压或电流变化；第三步，启动放电模式；本发明所述组合再生式燃料电池系统放电工作模式启动方法，简单易行，可避免或减少电解工作模式向放电工作模式直接切换过程中因大量残留液态水造成的气体传输问题，提高放电工作模式的启动成功率；该启动方法对电极损伤小，可实现组合再生式燃料电池系统电解工作模式向放电工作模式的即时启动，可为组合再生式燃料电池系统运行控制提供一种新策略。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种组合再生式燃料电池系统放电工作模式启动方法。

背景技术

组合再生式燃料电池是一类特殊的能量转换装备，以氢为能量介质，可以在一个电化学装置上同时实现水电解和燃料电池发电功能。它是目前比能量最高的储能系统之一，比能量可达1KWh/kg，几倍于当前最轻的二次电池比能量。因此非常适合在重量和耗时方面有严格需求的场景，如作为空间电源，电网调峰电源系统以及军用或民用便携式电源系统等。组合再生式燃料电池系统具有燃料电池的大部分优点，与风能或太阳能配合可以实现能量的自循环，无自放电，充电方便，无放电深度及电池容量限制，因此它是目前国内外重点研究的一类储能系统。但目前该领域内主要的研究内容是在组合再生式燃料电池系统构建和电极材料的制备上。

中国专利申请号200810029725.8的申请公开了一种微型组合再生式燃料电池系统。它由一片含多个膜电极单元的质子交换膜做为电解和发电的双功能膜电极组件，一个装有储氢材料和电解用水的底盒做为氢气储放和给水装置，通过带有气流孔的底板和极板和顶盖紧密压合而成。该电源系统可从空气中自动吸收氧气作为氧化剂。多个膜电极组件按照一定的顺序串联起来，从而在一块膜上可进行电解和放电的循环操作，因此简化了装置，减少了体积和重量。此装置循环操作性能良好，输出功率稳定，为微型燃料电池在便携式电子产品方面的应用提供了一个很好的发展方向。

美国专利公开号US 2003/0068544 A1的申请公开了一种用于组合再生式燃料电池的双功能氧电极的制作过程。这种电极包含一个改进了的双功能催化剂层和一个改进了的抗氧化扩散层。其中双功能催化剂层是利用铂黑和RuO₂-IrO₂固溶体的混合物再加上Nafion作为胶粘剂制成的；而扩散层是用编织的钛金属布做芯，并在表面涂覆了抗氧化的贵金属涂层，同时还在扩散层上设计有交替的亲水区域和憎水区域以利于水和氧气的传输。这种电极在催化剂层中加入了一定量的IrO₂，能将氧生成反应的过电势降到最低，而加入的RuO₂比IrO₂要便宜，并且导电性较IrO₂好很多，因此RuO₂的加入降低了催化剂的成本，并且在没有损失水电解效率的前提下提高了贵金属的利用率，同时还增加了催化剂层的导电性；涂覆了抗氧化贵金属涂层的钛扩散层也增强了电极的稳定性。

中国专利授权公告号CN2891308.Y的申请公开了一种组合再生式燃料电池的制作方法。该专利的主要特征在于在导电板的外侧设置了具有透气不透水的聚四氟乙烯微孔膜，只允许气态水进入膜电极发生电解。该方法的优点在于微孔膜的应用提高了电极结构的稳定性，降低了极板材料抗腐蚀的要求。但是这种方法容易在发电操作时由于微孔膜的不透水性而发生液泛，以及增加的微孔层会导致气体传输阻力的增大。

中国专利申请号201611259126.6的申请公开了一种氮掺杂碳纳米管/Co复合催化剂及其制备与应用，其氧还原和氧析出催化活性高并且稳定性好，在酸性条件下具有较高氢析出催化活性和稳定性，适用于组合再生式燃料电池电极的制作。

从以上分析可以看出，目前组合再生式燃料电池的研究内容均在系统部件和电极材料的开发方面。而对于组合再生式燃料电池系统，其可在两种工作模式下工作，研究恰当的操作（策略）方法，顺利完成工作模式的转换，在实际应用方面具有重要的意义。

发明内容