本申請(qǐng)涉及涂層壽命測(cè)試，尤其涉及一種燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法采用實(shí)堆壽命作為參照，包括實(shí)測(cè)電堆耐久過(guò)程中電壓衰減量與測(cè)試時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，以及金屬雙極板涂層離線測(cè)試接觸電阻升高而導(dǎo)致的電壓衰減量與測(cè)試時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，最后通過(guò)雙極板涂層離線加速壽命測(cè)試與實(shí)堆在線測(cè)試造成電壓衰減量對(duì)等關(guān)系：建立金屬雙極板涂層離線加速壽命測(cè)試與實(shí)堆在線測(cè)試時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)該函數(shù)關(guān)系預(yù)測(cè)燃料電池雙極板涂層壽命。

2、實(shí)堆測(cè)試需要一整套燃料電池測(cè)試系統(tǒng)，為了確保測(cè)試的可靠性，一般至少需要2～3臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)價(jià)格昂貴；此外測(cè)試過(guò)程中需要消耗大量的氫和氧，成本投入高。而且，實(shí)堆測(cè)試電壓衰減量受諸多因素影響，包括運(yùn)行工況、水熱管理、膜電極性能衰減等，即由于實(shí)堆壽命受多方因素影響，很難真實(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出雙極板涂層的壽命，準(zhǔn)確性差，耗時(shí)費(fèi)力。例如，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)電堆實(shí)測(cè)壽命達(dá)到10000h，但這并不能代表金屬雙極板涂層壽命達(dá)不到10000h。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

2、為此，本申請(qǐng)的目的在于提出一種燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性并降低預(yù)測(cè)成本。

3、為達(dá)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、在燃料電池基準(zhǔn)電流密度下，基于由所述燃料電池雙極板涂層的接觸電阻增加而引起的電壓衰減量占燃料電池初始狀態(tài)電壓的比例，確定所述燃料電池雙極板涂層的壽命測(cè)試的終止條件；所述燃料電池基準(zhǔn)電流密度用于表征燃料電池平均每節(jié)電壓為第一伏值時(shí)對(duì)應(yīng)的電流密度；

5、基于加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)和模擬的燃料電池正常運(yùn)行工況下的陰極電位，對(duì)所述燃料電池雙極板涂層進(jìn)行離線真實(shí)壽命測(cè)試，得到所述接觸電阻與真實(shí)測(cè)試時(shí)間的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系；

6、基于調(diào)整后的所述加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試條件，對(duì)所述燃料電池雙極板涂層進(jìn)行離線加速壽命測(cè)試，得到所述接觸電阻與加速測(cè)試時(shí)間的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系以及所述離線加速壽命測(cè)試達(dá)到所述終止條件時(shí)對(duì)應(yīng)的第一加速測(cè)試時(shí)長(zhǎng)；

7、基于所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系與所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所述真實(shí)測(cè)試時(shí)間與所述加速測(cè)試時(shí)間之間的映射關(guān)系；

8、基于所述第一加速測(cè)試時(shí)長(zhǎng)和所述真實(shí)測(cè)試時(shí)間與所述加速測(cè)試時(shí)間之間的映射關(guān)系，得到所述燃料電池雙極板涂層壽命的預(yù)測(cè)結(jié)果。

9、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一伏值為0.7v，所述燃料電池基準(zhǔn)電流密度為1.8～2.0a/cm2。

10、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述燃料電池雙極板涂層的壽命測(cè)試的終止條件為所述電壓衰減量占燃料電池初始狀態(tài)電壓的比例大于10％。

11、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)包括電化學(xué)工作站、中控機(jī)、腐蝕測(cè)試池和油浴鍋，所述腐蝕測(cè)試池用于容納腐蝕液和待測(cè)燃料電池樣品，所述腐蝕測(cè)試池上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，所述腐蝕測(cè)試池放置于所述油浴鍋內(nèi)，所述腐蝕測(cè)試池通過(guò)三電極體系與所述電化學(xué)工作站連接，所述電化學(xué)工作站與所述中控機(jī)連接。

12、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述離線真實(shí)壽命測(cè)試和所述離線加速壽命測(cè)試均采用恒電位極化測(cè)試，所述恒電位極化測(cè)試過(guò)程中向腐蝕液中通入空氣或氧氣，通氣速率為10～30ml/min。

13、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)提供的腐蝕環(huán)境溫度為75～90℃，優(yōu)選80℃；所述腐蝕液中的腐蝕介質(zhì)包括h2so4和f離子，h2so4的ph值范圍為2～4的，優(yōu)選ph＝3；f離子的濃度范圍為0.01～10ppm，優(yōu)選5ppm。

14、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述離線加速壽命測(cè)試的第一加速測(cè)試時(shí)長(zhǎng)由加速因子控制，所述加速因子包括提升測(cè)試電位、降低ph值、提高測(cè)試環(huán)境溫度中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)，其中，提升后的測(cè)試電位范圍為1～2vvs.she，降低后的ph值范圍為0～1，提高后的測(cè)試環(huán)境溫度范圍為90～100℃。

15、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述離線加速壽命測(cè)試所選取的恒電位極化電位為1.4v。

16、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述模擬的燃料電池正常運(yùn)行工況下的陰極電位為0.74v～0.84vvs.she，優(yōu)選0.84v。

17、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系與所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所述真實(shí)測(cè)試時(shí)間與所述加速測(cè)試時(shí)間之間的映射關(guān)系，包括：

18、將所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為r1＝f(t1)；

19、將所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系表示為r2＝h(t2)；

20、基于固定的基準(zhǔn)電流，建立真實(shí)測(cè)試時(shí)間t1和加速測(cè)試時(shí)間t2之間的映射關(guān)系，所述映射關(guān)系表示如下：

21、t2＝g(t1)。

22、本申請(qǐng)?zhí)峁┑娜剂想姵仉p極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法，通過(guò)接觸電阻增加來(lái)評(píng)判雙極板涂層失效指標(biāo)，在模擬燃料電池運(yùn)行工況下，對(duì)雙極板涂層進(jìn)行離線實(shí)測(cè)和離線加速測(cè)試，在獲取加速壽命測(cè)試到達(dá)壽命終結(jié)點(diǎn)所需的時(shí)長(zhǎng)基礎(chǔ)上，根據(jù)獲取的雙極板涂層離線加速壽命測(cè)試到達(dá)壽命終結(jié)點(diǎn)所需時(shí)長(zhǎng)與雙極板涂層在正常工況條件下運(yùn)行達(dá)到壽命終結(jié)點(diǎn)所用時(shí)長(zhǎng)之間的映射關(guān)系預(yù)測(cè)雙極板涂層的壽命；從而實(shí)現(xiàn)以涂層實(shí)測(cè)壽命作為參照，比以電堆壽命作為參照得到的預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性更高；同時(shí)采用離線加速壽命測(cè)試來(lái)代替離線壽命實(shí)測(cè)，可以快速預(yù)測(cè)涂層的壽命；采用電化學(xué)工作站通過(guò)三電極體系對(duì)涂層進(jìn)行測(cè)試，較現(xiàn)有技術(shù)大大減少了測(cè)試成本且提高了測(cè)試效率；從而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、高效、準(zhǔn)確的燃料電池雙極板涂層的壽命預(yù)測(cè)，有利于涂層工藝研發(fā)的快速迭代。

23、本申請(qǐng)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本申請(qǐng)的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一伏值為0.7v，所述燃料電池基準(zhǔn)電流密度為1.8～2.0a/cm2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料電池雙極板涂層的壽命測(cè)試的終止條件為所述電壓衰減量占燃料電池初始狀態(tài)電壓的比例大于10％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)包括電化學(xué)工作站、中控機(jī)、腐蝕測(cè)試池和油浴鍋，所述腐蝕測(cè)試池用于容納腐蝕液和待測(cè)燃料電池雙極板樣品，所述腐蝕測(cè)試池上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，所述腐蝕測(cè)試池放置于所述油浴鍋內(nèi)，所述腐蝕測(cè)試池通過(guò)三電極體系與所述電化學(xué)工作站連接，所述電化學(xué)工作站與所述中控機(jī)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述離線真實(shí)壽命測(cè)試和所述離線加速壽命測(cè)試均采用恒電位極化測(cè)試，所述恒電位極化測(cè)試過(guò)程中向腐蝕液中通入空氣或氧氣，通氣速率為10～30ml/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)提供的腐蝕環(huán)境溫度為75～90℃，優(yōu)選80℃；所述腐蝕液中的腐蝕介質(zhì)包括h2so4和f離子，h2so4的ph值范圍為2～4的，優(yōu)選ph＝3；f離子的濃度范圍為0.01～10ppm，優(yōu)選5ppm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述離線加速壽命測(cè)試的第一加速測(cè)試時(shí)長(zhǎng)由加速因子控制，所述加速因子包括提升測(cè)試電位、降低ph值、提高測(cè)試環(huán)境溫度中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)，其中，提升后的測(cè)試電位范圍為1～2vvs.she，降低后的ph值范圍為0～1，提高后的測(cè)試環(huán)境溫度范圍為90～100℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述離線加速壽命測(cè)試所選取的恒電位極化電位為1.4v。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬的燃料電池正常運(yùn)行工況下的陰極電位為0.74v～0.84vvs.she，優(yōu)選0.84v。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系與所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所述真實(shí)測(cè)試時(shí)間與所述加速測(cè)試時(shí)間之間的映射關(guān)系，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測(cè)方法，其中，方法包括：確定雙極板涂層壽命測(cè)試的終止條件；基于加速腐蝕測(cè)試平臺(tái)和模擬的燃料電池正常運(yùn)行工況下的陰極電位，對(duì)雙極板涂層進(jìn)行離線真實(shí)壽命測(cè)試得到接觸電阻與真實(shí)測(cè)試時(shí)間的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系；調(diào)整測(cè)試條件，對(duì)燃料電池雙極板涂層進(jìn)行離線加速壽命測(cè)試，得到接觸電阻與加速測(cè)試時(shí)間的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系以及離線加速壽命測(cè)試達(dá)到終止條件時(shí)對(duì)應(yīng)的第一加速測(cè)試時(shí)長(zhǎng)；基于第一對(duì)應(yīng)關(guān)系與第二對(duì)應(yīng)關(guān)系得到真實(shí)測(cè)試時(shí)間與加速測(cè)試時(shí)間之間的映射關(guān)系；基于第一加速測(cè)試時(shí)長(zhǎng)和真實(shí)測(cè)試時(shí)間與加速測(cè)試時(shí)間之間的映射關(guān)系，得到燃料電池雙極板涂層壽命的預(yù)測(cè)結(jié)果。提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性并降低預(yù)測(cè)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：耿賽賽,楊培勇,賈逸軒,王文文,陸維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9