堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生的方法。該方法是將失效膜電極采用強(qiáng)堿性溶液進(jìn)行處理，將膜電極中由于二氧化碳作用產(chǎn)生的HCO3-轉(zhuǎn)化為OH-，同時(shí)提高堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂內(nèi)部游離OH-的濃度，恢復(fù)OH-傳導(dǎo)能力，從而使失效膜電極的性能得到恢復(fù)與再生。本發(fā)明的特點(diǎn)是在不破壞膜電極結(jié)構(gòu)的情況下，經(jīng)過簡單易行的方法使失效膜電極的性能得到恢復(fù)再生，延長電池運(yùn)行時(shí)間。
【專利說明】堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極的恢復(fù)再生，具體地說是在堿性陰離子交換膜燃料電池運(yùn)行過程中，由于燃料、氧化劑攜帶的以及催化劑碳載體在電池運(yùn)行過程中氧化產(chǎn)生的二氧化碳的影響以及陰離子交換膜和陰離子交換樹脂內(nèi)部游離OH-濃度大幅下降導(dǎo)致的失效膜電極恢復(fù)再生的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]堿性陰離子交換膜燃料電池(APEFC)是一種通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。它是以具有OH—傳導(dǎo)能力的堿性陰離子交換膜作為電解質(zhì)，膜的兩側(cè)由陰、陽極催化層和陰、陽極氣體擴(kuò)散層組成陰、陽極，并且催化層介于氣體擴(kuò)散層與陰離子交換膜之間，陽極、陰離子交換膜及陰極組成三合一膜電極組件，通過壓合的方法壓合在一起構(gòu)成堿性陰離子膜燃料電池的核心部件-三合一膜電極(MEA)。將三合一膜電極組裝電池，燃料可采用氫氣，氧化劑可采用氧氣或者干凈的空氣在膜電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br> [0003]在堿性陰離子交換膜燃料電池中，陽極氫氧化和陰極氧還原反應(yīng)都具有較高的反應(yīng)活性，可采用非貴金屬催化劑，將不受鉬的資源與成本的限制，所以近年來對(duì)堿性陰離子交換膜燃料電池的研究呈現(xiàn)上升趨勢。但是目前堿性陰離子交換膜燃料電池的穩(wěn)定性較差，在電池運(yùn)行過程中，由于燃料、氧化劑攜帶的以及催化劑碳載體在電池運(yùn)行過程中氧化產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)在膜電極中產(chǎn)生大量的hco3_，堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂對(duì)HCO3-的傳導(dǎo)能力較弱， 并且隨著電池的長時(shí)間運(yùn)行，HCO3-濃度不斷增加，同時(shí)堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂內(nèi)部游離的0H-的濃度會(huì)不斷下降，由于上述等原因最終導(dǎo)致膜電極失效。
[0004]CN101140997中提到一種關(guān)于質(zhì)子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生的方法，該方法是將由金屬離子效應(yīng)和催化劑中毒導(dǎo)致失效的膜電極兩側(cè)加一外加電場，使電極中的有機(jī)污染物被氧化，金屬離子遷移出催化層，從而使失效膜電極的性能得到恢復(fù)與再生。而目前在堿性陰離子交換膜燃料電池領(lǐng)域，還沒有文獻(xiàn)/專利提到過失效膜電極恢復(fù)再生的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了使堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生，尤其是使由于燃料、氧化劑攜帶的以及催化劑碳載體在電池運(yùn)行過程中氧化產(chǎn)生的二氧化碳的影響及陰離子交換膜和陰離子交換樹脂內(nèi)部游離OH—濃度下降等原因?qū)е碌氖る姌O得到恢復(fù)與再生，本發(fā)明目的在于提供一種方法，能夠使失效后的膜電極恢復(fù)OF傳導(dǎo)能力，從而使失效膜電極性能的得到恢復(fù)與再生。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的方法為:
[0007]—種堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生的方法。其特征在于:將失效膜電極經(jīng)過一定濃度堿性溶液處理一定時(shí)間，將二氧化碳從膜電極中遷移出，同時(shí)提高陰離子交換膜及陰離子交換樹脂內(nèi)部游離0H-濃度，使其傳導(dǎo)OH—的能力得到恢復(fù)，再采用去離子水反復(fù)沖洗并浸泡以去除表面殘留的堿液，從而使失效膜電極的性能得到恢復(fù)再生。
[0008]堿性溶液為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰等堿性溶液中的一種；
[0009]堿性溶液的濃度在0.riOmol/L之間。
[0010]失效膜電極在堿性溶液中陰離子交換時(shí)間為0.1~24小時(shí)。
[0011]經(jīng)過堿性溶液浸泡后的失效膜電極需要經(jīng)過去離子水反復(fù)沖洗并浸泡10-300分鐘清洗干凈表面殘留堿液。
[0012]失效膜電極可以經(jīng)過一次堿液處理后，還可以重復(fù)堿液處理2次或者2次以上。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)失效后膜電極經(jīng)過堿性溶液的浸泡，能夠?qū)⒂捎诙趸嫉淖饔卯a(chǎn)生的HCO3-轉(zhuǎn)化為0Η—，同時(shí)提高堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂內(nèi)部游離的0Η—濃度，恢復(fù)傳導(dǎo)0Η_的能力，使失效后的膜電極性能得到恢復(fù)和再生，延長電池運(yùn)行時(shí)間。
[0015](2)方法簡單，便于操作，可經(jīng)過較短時(shí)間處理使失效膜電極性能得到恢復(fù)與再生。
【專利附圖】

【附圖說明】；
[0016]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1所述失效的膜電極經(jīng)過0.5mol/L氫氧化鉀(KOH)處理I小時(shí)前后性能恢復(fù)再生的曲線圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2所述失效的膜電極經(jīng)過lmol/L氫氧化鉀(KOH)處理0.5小時(shí)前后性能恢復(fù)再生的曲線圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3所述失效的膜電極經(jīng)過lmol/L氫氧化鈉(NaOH)處理0.5小時(shí)前后性能恢復(fù)再生的曲線圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例3所述失效的膜電極經(jīng)過lmol/L氫氧化鈉(NaOH)處理0.5小時(shí)前后阻抗測試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021 ] 工作溫度為50°C、100%RH增濕條件下恒流100mA/cm2連續(xù)運(yùn)行383小時(shí)后失效的堿性陰離子交換膜膜電極，采用0.5mol/L的氫氧化鉀(KOH)堿性溶液進(jìn)行陰離子交換處理I小時(shí)，使堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂的陰離子傳導(dǎo)能力得到恢復(fù)，再采用去離子水反復(fù)沖洗3飛次并浸泡90分鐘以去除表面殘留的堿液，最后將經(jīng)過處理后的膜電極重新組裝電池，再在前述條件下運(yùn)行，失效的膜電極經(jīng)過前述處理方法處理，膜電極的性能得到恢復(fù)與再生，能夠繼續(xù)運(yùn)行，見圖1。
[0022]實(shí)施例2 [0023]工作溫度為50°C、100%RH增濕條件下恒流100mA/cm2連續(xù)運(yùn)行339小時(shí)后失效的堿性陰離子交換膜膜電極，采用lmol/L的氫氧化鉀(KOH)堿性溶液進(jìn)行陰離子交換處理
0.5小時(shí)，使堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂的陰離子傳導(dǎo)能力得到恢復(fù)，再采用去離子水反復(fù)沖洗3飛次并浸泡120分鐘以去除表面殘留的堿液，最后將經(jīng)過處理后的膜電極重新組裝電池，再在前述條件下運(yùn)行，失效的膜電極經(jīng)過前述處理方法處理，膜電極的性能得到恢復(fù)與再生，能夠繼續(xù)運(yùn)行，見圖2。
[0024]實(shí)施例3
[0025]工作溫度為50°C、100%RH增濕條件下恒流100mA/cm2連續(xù)運(yùn)行64小時(shí)失效的堿性陰離子交換膜膜電極，采用lmol/L的氫氧化鈉(NaOH)堿性溶液進(jìn)行陰離子交換處理0.5小時(shí)，使堿性陰離子交換膜及陰離子交換樹脂的陰離子傳導(dǎo)能力得到恢復(fù)，再采用去離子水反復(fù)沖洗3飛次并浸泡120分鐘以去除表面殘留的堿液，最后將經(jīng)過處理后的膜電極重新組裝電池，再在前述條件下運(yùn)行，失效的膜電極經(jīng)過前述處理方法處理，膜電極的性能得到恢復(fù)與再生，能夠繼續(xù)運(yùn)行，電池電壓恢復(fù)情況見圖3，處理前后阻抗測試結(jié)果見圖4。
【權(quán)利要求】
1.堿性陰離子交換膜燃料電池失效膜電極恢復(fù)再生的方法，其特征在于:將失效膜電極經(jīng)過強(qiáng)堿性溶液處理，將由于膜電極中二氧化碳作用產(chǎn)生的HC03_轉(zhuǎn)化為0H_，同時(shí)提高陰離子交換膜及陰離子交換樹脂內(nèi)部游離OH—濃度，使其傳導(dǎo)OH—的能力得到恢復(fù)，再采用去離子水反復(fù)沖洗并浸泡以去除膜電極表面殘留的堿液，從而使失效膜電極的性能得到恢復(fù)再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)與再生的方法，其特征在于:強(qiáng)堿性溶液為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)堿性溶液，其特征在于:強(qiáng)堿性溶液的濃度在0.1~10mol/L 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)與再生方法，其特征在于:失效膜電極在強(qiáng)堿性溶液中陰離子交換處理的時(shí)間為0.1~24小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)與再生方法，其特征在于:失效膜電極經(jīng)過堿性溶液陰離子交換后，需要 經(jīng)過去離子水反復(fù)沖洗，并浸泡10-300分鐘去除表面殘留堿液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)與再生方法，其特征在于:失效膜電極可以經(jīng)過一次堿液處理，或者重復(fù)堿交換處理2次或者3次以上。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103972523SQ201310039573
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】俞紅梅, 劉艷喜, 趙云, 邵志剛, 衣寶廉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所