本申请涉及一种基于高温甲醇燃料电池电堆的启停方法,属于燃料电池,具体涉及用于控制燃料电池或燃料电池系统的方法。
背景技术:
1、高温甲醇燃料电池电堆是高温甲醇燃料电池系统的核心,高温甲醇燃料电池电堆的整体性能关乎着高温甲醇燃料电池系统的整体性能。现有技术中仍存在停机后电堆因无法绝对密封,导致膜电极吸水后性能下降且不可逆的问题。公告号为cn216133177u的专利公开了通过对阳极侧通入空气,形成氢空界面来降低启停对电堆的影响,但是在电堆长时间放置中还是无法避免对电堆性能的影响。
技术实现思路
1、为解决上述问题,根据本申请的一个方面,提供了一种基于高温甲醇燃料电池电堆的启停方法,在高温甲醇燃料电池电堆停机过程中,通过控制重整器的温度,使得通入电堆的富氢气体中的一氧化碳含量增高,与此同时,控制系统使高温电堆迅速降温,在这个过程中,利用重整气中一氧化碳附着在催化剂表面,形成一层保护膜,保护电极表面的催化剂,有效的防止催化剂在空气中吸水膨胀或者被氧化,再次启动电堆时,通过脉冲的气体配合电堆快速的温升,保护膜自催化剂表面脱落,满足系统的正常共工作。
2、本申请采用如下技术方案:
3、一种基于高温甲醇燃料电池的电堆启停方法,包括启动方法和停机方法;
4、所述高温甲醇燃料电池包括重整器、电堆,所述重整器将含有甲醇水溶液的原料转化为含有一氧化碳的富氢气体,并将富氢气体连续通入电堆;
5、所述停机方法包括以下步骤:
6、s11、在所述电堆停机过程中,控制重整器自重整器工作温度降低至t1,使通入电堆的富氢气体中的一氧化碳含量由工作含量增高至ω;
7、s12、在步骤s11中一氧化碳含量增高的过程中,控制电堆自电堆工作温度迅速降温至低于电堆的关机温度后,关闭电堆,停止通入富氢气体,完成停机;
8、所述电堆迅速降温的降温速率为8~12℃/min。
9、降温速度过低时,催化剂表面co的附着效果不理想,降温速度过高时,会存在应力冲击损伤电堆寿命。
10、可选地,步骤s12中,关闭电堆,停止通入富氢气体后,继续降温至90℃以下,完成停机。
11、可选地,所述的启动方法包括以下步骤:
12、s21、在所述电堆启动过程中,控制所述重整器中原料的进料速度,并将富氢气体连续通入电堆调整为富氢气体脉冲通入电堆;
13、s22、循环多次脉冲通入后,完成启动。
14、可选地,步骤s11中,所述t1的温度值为200~230℃。
15、可选地,所述重整器工作温度为240~260℃。
16、可选地,步骤s11中,所述ω的值为2~3%。
17、可选地,所述富氢气体中,一氧化碳的工作含量小于2%。
18、可选地,所述富氢气体中,一氧化碳的工作含量为0.5~1.5%。
19、控制系统使高温电堆迅速降温,使得重整气中一氧化碳可以快速附着在燃料电池膜电极阳极催化剂表面,形成保护膜。
20、可先地,电堆工作温度为t2,130<t2≤160℃。
21、可选地,所述电堆的关机温度小于等于130℃。
22、可选地,所述电堆的关机温度选自90℃、100℃、110℃、120℃、130℃中的任意值或任意两者间的范围值。
23、在停机方法的过程中,利用重整气中一氧化碳附着在催化剂表面,形成一层保护膜,保护电极表面的催化剂,有效的防止催化剂在空气中吸水膨胀或者被氧化。燃料电池催化剂裸漏在大气环境中,再次启动燃料电池后,电堆开路电压或在相同电流下的电压会明显下降,导致这里的原因是多种的,有的是因为催化剂吸水脱落或被氧化,导致反应面积不足或是催化剂吸水堵塞流道,导致气体分配不均匀,在应用本申请的停机方法后,能够使得开路电压或相同电流下的电压下降速率显著减缓慢。
24、可选地,步骤s21中,所述进料速度为5~10ml/min。
25、可选地,步骤s21中,所述富氢气体脉冲通入电堆的条件为:脉冲间隔时间为1s,尖峰为高出正常进料开度50%,单次脉冲的时间周期为2~3s。
26、可选地,所述正常进料开度为3~5%。
27、可选地,所述富氢气体脉冲的产生方式为:在脉冲间隔时间1s内增加重整器进料开度至正常进料开度的1.5倍,通过重整反应,形成一段脉冲的富氢气体。
28、可选地,步骤s22中,所述循环多次脉冲的次数为5~8次。
29、可选地,步骤s22中,循环多次脉冲的过程中,控制重整器的温度为220~270℃。
30、经过本申请停机方法停机后,再次启动时采用本申请的启动方法,重复脉冲的过程可以将催化剂表面的一氧化碳保护膜震掉,再次启动燃料电池后,电堆开路电压或在相同电流下的电压不会明显下降,甚至会超过初始开路电压。在循环过程中,控制重整器的温度(重整器床层温度在220℃~270℃之间),防止因为回氢过多导致重整器飞温,完成启动后,即可正常运行高温甲醇燃料电池系统,控制系统对外输出电能。正常运行的具体操作方法为,系统通过次状态后,控制系统自主跳过该段启动步骤,转换为正常运行模式,控制系统对外输出电能。
31、本申请能产生的有益效果包括:
32、本申请提供的基于高温甲醇燃料电池电堆的启停方法,在燃料电池降温过程中,通过控制重整室温度,人为的将重整室的温度降低,增加重整气中co的含量,同时让电堆快速降温,使得重整气中的co能够快速的附着在燃料电池膜电极阳极催化剂表面,形成保护膜,可以防止催化剂在空气中吸水膨胀或者被氧化。通本申请的控制手段可以减少电堆性能的衰减,降低系统后期维护成本、提高产品的可靠性。
1.一种基于高温甲醇燃料电池的电堆启停方法,其特征在于,包括启动方法和停机方法;
2.根据权利要求1所述的电堆启停方法,其特征在于,所述的启动方法包括以下步骤:
3.根据权利要求1所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s11中,所述t1的温度值为200~230℃;
4.根据权利要求1所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s11中,所述ω的值为2~3%;
5.根据权利要求1所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s12中,电堆工作温度为t2,130<t2≤160℃;
6.根据权利要求2所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s21中,所述进料速度为5~10ml/min。
7.根据权利要求2所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s21中,所述富氢气体脉冲通入电堆的条件为:脉冲间隔时间为1s,尖峰为高出正常进料开度50%,单次脉冲的时间周期为2~3s;
8.根据权利要求7所述的电堆启停方法,其特征在于,所述富氢气体脉冲的产生方式为:在脉冲间隔时间1s内增加重整器进料开度至正常进料开度的1.5倍,通过重整反应,形成一段脉冲的富氢气体。
9.根据权利要求2所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s22中,所述循环多次脉冲的次数为5~8次。
10.根据权利要求1所述的电堆启停方法,其特征在于,步骤s22中,循环多次脉冲的过程中,控制重整器的温度为220~270℃。