本申請涉及涂層壽命測試，尤其涉及一種燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測方法。

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)測方法采用實堆壽命作為參照，包括實測電堆耐久過程中電壓衰減量與測試時間的函數(shù)關(guān)系，以及金屬雙極板涂層離線測試接觸電阻升高而導(dǎo)致的電壓衰減量與測試時間的函數(shù)關(guān)系，最后通過雙極板涂層離線加速壽命測試與實堆在線測試造成電壓衰減量對等關(guān)系：建立金屬雙極板涂層離線加速壽命測試與實堆在線測試時間之間的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)該函數(shù)關(guān)系預(yù)測燃料電池雙極板涂層壽命。

2、實堆測試需要一整套燃料電池測試系統(tǒng)，為了確保測試的可靠性，一般至少需要2～3臺測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)價格昂貴；此外測試過程中需要消耗大量的氫和氧，成本投入高。而且，實堆測試電壓衰減量受諸多因素影響，包括運行工況、水熱管理、膜電極性能衰減等，即由于實堆壽命受多方因素影響，很難真實準確的預(yù)測出雙極板涂層的壽命，準確性差，耗時費力。例如，目前國內(nèi)尚無電堆實測壽命達到10000h，但這并不能代表金屬雙極板涂層壽命達不到10000h。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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

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

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

4、在燃料電池基準電流密度下，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試的終止條件；所述燃料電池基準電流密度用于表征燃料電池平均每節(jié)電壓為第一伏值時對應(yīng)的電流密度；

5、基于加速腐蝕測試平臺和模擬的燃料電池正常運行工況下的陰極電位，對所述燃料電池雙極板涂層進行離線真實壽命測試，得到所述接觸電阻與真實測試時間的第一對應(yīng)關(guān)系；

6、基于調(diào)整后的所述加速腐蝕測試平臺的測試條件，對所述燃料電池雙極板涂層進行離線加速壽命測試，得到所述接觸電阻與加速測試時間的第二對應(yīng)關(guān)系以及所述離線加速壽命測試達到所述終止條件時對應(yīng)的第一加速測試時長；

7、基于所述第一對應(yīng)關(guān)系與所述第二對應(yīng)關(guān)系，得到所述真實測試時間與所述加速測試時間之間的映射關(guān)系；

8、基于所述第一加速測試時長和所述真實測試時間與所述加速測試時間之間的映射關(guān)系，得到所述燃料電池雙極板涂層壽命的預(yù)測結(jié)果。

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

10、在一些實現(xiàn)方式中，所述燃料電池雙極板涂層的壽命測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、在一些實現(xiàn)方式中，所述加速腐蝕測試平臺包括電化學(xué)工作站、中控機、腐蝕測試池和油浴鍋，所述腐蝕測試池用于容納腐蝕液和待測燃料電池樣品，所述腐蝕測試池上設(shè)有進氣口和出氣口，所述腐蝕測試池放置于所述油浴鍋內(nèi)，所述腐蝕測試池通過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連接。

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

13、在一些實現(xiàn)方式中，所述加速腐蝕測試平臺提供的腐蝕環(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、在一些實現(xiàn)方式中，所述離線加速壽命測試的第一加速測試時長由加速因子控制，所述加速因子包括提升測試電位、降低ph值、提高測試環(huán)境溫度中的一項或者多項，其中，提升后的測試電位范圍為1～2vvs.she，降低后的ph值范圍為0～1，提高后的測試環(huán)境溫度范圍為90～100℃。

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

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

17、在一些實現(xiàn)方式中，所述基于所述第一對應(yīng)關(guān)系與所述第二對應(yīng)關(guān)系，得到所述真實測試時間與所述加速測試時間之間的映射關(guān)系，包括：

18、將所述第一對應(yīng)關(guān)系表示為r1＝f(t1)；

19、將所述第二對應(yīng)關(guān)系表示為r2＝h(t2)；

20、基于固定的基準電流，建立真實測試時間t1和加速測試時間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?zhí)峁┑娜剂想姵仉p極板涂層壽命預(yù)測方法，通過接觸電阻增加來評判雙極板涂層失效指標(biāo)，在模擬燃料電池運行工況下，對雙極板涂層進行離線實測和離線加速測試，在獲取加速壽命測試到達壽命終結(jié)點所需的時長基礎(chǔ)上，根據(jù)獲取的雙極板涂層離線加速壽命測試到達壽命終結(jié)點所需時長與雙極板涂層在正常工況條件下運行達到壽命終結(jié)點所用時長之間的映射關(guān)系預(yù)測雙極板涂層的壽命；從而實現(xiàn)以涂層實測壽命作為參照，比以電堆壽命作為參照得到的預(yù)測結(jié)果準確性更高；同時采用離線加速壽命測試來代替離線壽命實測，可以快速預(yù)測涂層的壽命；采用電化學(xué)工作站通過三電極體系對涂層進行測試，較現(xiàn)有技術(shù)大大減少了測試成本且提高了測試效率；從而實現(xiàn)了簡單、高效、準確的燃料電池雙極板涂層的壽命預(yù)測，有利于涂層工藝研發(fā)的快速迭代。

23、本申請附加的方面和優(yōu)點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，或通過本申請的實踐了解到。

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，所述加速腐蝕測試平臺包括電化學(xué)工作站、中控機、腐蝕測試池和油浴鍋，所述腐蝕測試池用于容納腐蝕液和待測燃料電池雙極板樣品，所述腐蝕測試池上設(shè)有進氣口和出氣口，所述腐蝕測試池放置于所述油浴鍋內(nèi)，所述腐蝕測試池通過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，所述離線真實壽命測試和所述離線加速壽命測試均采用恒電位極化測試，所述恒電位極化測試過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，所述加速腐蝕測試平臺提供的腐蝕環(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試的第一加速測試時長由加速因子控制，所述加速因子包括提升測試電位、降低ph值、提高測試環(huán)境溫度中的一項或者多項，其中，提升后的測試電位范圍為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應(yīng)關(guān)系與所述第二對應(yīng)關(guān)系，得到所述真實測試時間與所述加速測試時間之間的映射關(guān)系，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)岢鲆环N燃料電池雙極板涂層壽命預(yù)測方法，其中，方法包括：確定雙極板涂層壽命測試的終止條件；基于加速腐蝕測試平臺和模擬的燃料電池正常運行工況下的陰極電位，對雙極板涂層進行離線真實壽命測試得到接觸電阻與真實測試時間的第一對應(yīng)關(guān)系；調(diào)整測試條件，對燃料電池雙極板涂層進行離線加速壽命測試，得到接觸電阻與加速測試時間的第二對應(yīng)關(guān)系以及離線加速壽命測試達到終止條件時對應(yīng)的第一加速測試時長；基于第一對應(yīng)關(guān)系與第二對應(yīng)關(guān)系得到真實測試時間與加速測試時間之間的映射關(guān)系；基于第一加速測試時長和真實測試時間與加速測試時間之間的映射關(guān)系，得到燃料電池雙極板涂層壽命的預(yù)測結(jié)果。提高預(yù)測的準確性并降低預(yù)測成本。

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