【摘 要】
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活化是质子交换膜燃料电池（PEMFC）生产过程中必不可少的流程,其目的是提升并稳定电池性能,但传统的活化方法一般耗时较长,导致生产效率较低且成本较高。针对以上问题,研究了不同峰值电流的脉冲电流活化方法,及氢泵/脉冲组合活化法,以缩短活化时间并提升活化效果。另外,在PEMFC活化研究中通常使用电化学测试和内部结构形貌表征等手段研究活化性能,但这类方法流程较多或破坏电池,因此本文提出了一种基于差分进化
【基金项目】
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国家重点研发计划“质子交换膜燃料电池长寿命电堆工程化制备技术”子课题“电堆快速活化流程的实现逻辑研究与设计”（2018YFB1502505-05）
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活化是质子交换膜燃料电池（PEMFC）生产过程中必不可少的流程,其目的是提升并稳定电池性能,但传统的活化方法一般耗时较长,导致生产效率较低且成本较高。针对以上问题,研究了不同峰值电流的脉冲电流活化方法,及氢泵/脉冲组合活化法,以缩短活化时间并提升活化效果。另外,在PEMFC活化研究中通常使用电化学测试和内部结构形貌表征等手段研究活化性能,但这类方法流程较多或破坏电池,因此本文提出了一种基于差分进化算法（DE）的快速分析方法,帮助实现不同活化方案活化效果的快速分析。首先进行了低峰值脉冲电流活化实验（加载时间:2.5 s,开路停留时间:7.5 s,峰值电流:62.5 A）以了解其活化效果。结果表明,低峰值脉冲电流活化法的活化时间约为25～30 min,电池的最大功率密度（MPD）提升了20.89%,但较长的加载时间可能导致电池水淹而降低了活化效果。因此,缩短加载时间至100 ms,开路停留时间至5 s,并增加峰值电流进行了高峰值脉冲电流活化实验。结果表明,高峰值脉冲电流的活化效果优于低峰值脉冲电流,且当峰值电流为87.5 A时,MPD提升了35.51%,活化时间缩短至20 min内,活化效果最好。然而,高峰值脉冲电流下的高气流量设置会导致质子交换膜（PEM）失水,且长时间活化后燃料电池可能出现性能退化。针对高峰值脉冲电流活化法存在的问题,提出了氢泵/高峰值脉冲电流的组合活化方法,并改变组合顺序进行了实验。结果表明,先氢泵活化的效果优于先脉冲活化,但组合顺序不影响氢泵活化法水化PEM,且组合活化有效提升了活化的稳定性。最终两者的活化时间均为40 min内。本文还提出了一种基于DE算法的PEMFC活化性能快速分析方法,并从三种不同活化方法中各取一组实验验证了分析方法的有效性。结果表明,快速分析方法能在6 s内得到活化循环前后燃料电池的物理参数信息,且三组实验的分析结果均与电化学阻抗谱测试的分析结果相对一致,证明了快速分析方法的可行性。
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