燃料電池利用燃料與氧生成水的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電能。為此，燃料電池作為核心部件包括所謂的膜電極組件(MEA表示membrane electrode assembly)，該膜電極組件是導(dǎo)引離子、尤其導(dǎo)引質(zhì)子的膜與分別布置在膜兩側(cè)的電極(陽(yáng)極和陰極)的復(fù)合件。為此，氣體擴(kuò)散層(GDL)在膜電極組件的兩側(cè)布置在電極的背離膜的側(cè)面上。通常，燃料電池通過(guò)多個(gè)堆疊布置的膜電極組件構(gòu)成，它們的電功率疊加。在燃料電池運(yùn)行時(shí)，燃料、尤其氫H₂或含有氫的氣體混合物被供給到陽(yáng)極，在陽(yáng)極中H₂開始被電化學(xué)地氧化成H⁺并輸出電子。通過(guò)電解質(zhì)或膜(其使反應(yīng)空間氣密地相互分離并且相互電絕緣)實(shí)現(xiàn)從陽(yáng)極室至陰極室的質(zhì)子H⁺的(與水相關(guān)的或無(wú)水的)運(yùn)輸。在陽(yáng)極上所提供的電子通過(guò)陰極的電路導(dǎo)入。氧或含有氧的氣體混合物被供給陰極。當(dāng)氧吸附在陰極上之后其在接收電子和質(zhì)子的情況下隨后反應(yīng)成水。

燃料電池組由多個(gè)堆疊布置的膜電極組件構(gòu)成。在兩個(gè)膜電極組件之間分別布置雙極板，雙極板確保向單體電池供給運(yùn)行介質(zhì)，即反應(yīng)物和冷卻劑。此外，雙極板用于在膜電極組件之間的導(dǎo)電接觸。此外，雙極板保證陽(yáng)極室和陰極室之間的密封的分離。

在斷開燃料電池之后，根據(jù)停留時(shí)間向陽(yáng)極室內(nèi)擴(kuò)散氧氣、例如以空氣的形式。在重新啟動(dòng)燃料電池時(shí)，陽(yáng)極室被供給氫并且陰極室被供給氧化劑、例如空氣。

在US 2003/0134164 A1中公開了一種斷開方法。在斷開燃料電池時(shí)，結(jié)束向陽(yáng)極室通道內(nèi)的氫氣供給并且導(dǎo)入空氣。氧化劑用于將留下的氫從陽(yáng)極室沖洗出，使得燃料電池不再產(chǎn)生電能。此外，導(dǎo)入陽(yáng)極室內(nèi)的氧化劑清除所有在陽(yáng)極室內(nèi)保留的積水，用于避免在斷開狀態(tài)下水凍結(jié)。此外，氧化劑可以用于沖洗雙極板的陰極流動(dòng)通道，從而也去除這些區(qū)域內(nèi)的濕氣。

在DE 10 2005 039 872 B4中還建議一種在斷開燃料電池時(shí)沖洗燃料電池的另外的方法。為此，在斷開燃料電池時(shí)用氫氣短時(shí)間地沖洗陰極室，并且由此快速地降低陽(yáng)極/陰極-空轉(zhuǎn)電壓(開路電壓OCV)。接下來(lái)進(jìn)行通過(guò)陽(yáng)極和陰極流動(dòng)通道的空氣沖洗。氫氣沖洗的主要目的是降低陽(yáng)極/陰極-空轉(zhuǎn)電壓，并且由此避免氫氣/空氣前緣，而同時(shí)用空氣填充陰極。

在DE 10196359 T1中建議，陰極室和陽(yáng)極室都用氫氣沖洗，以恢復(fù)燃料電池的容量。

根據(jù)DE 10 2007 059 999 A1，燃料電池組的斷開包括在施加輔助負(fù)載的情況下電池組與初級(jí)電氣設(shè)備的分離。隨后中斷空氣向陰極側(cè)的流入，同時(shí)氫氣在陽(yáng)極側(cè)保持過(guò)壓。兩者均通過(guò)關(guān)閉相應(yīng)的進(jìn)氣閥和排氣閥實(shí)現(xiàn)。之后，電池組被短接，并且通過(guò)陽(yáng)極側(cè)的氫氣來(lái)實(shí)現(xiàn)在陰極側(cè)內(nèi)消耗氧氣。但是，所需的閥門是比較耗費(fèi)且昂貴的并且需要相應(yīng)較大的結(jié)構(gòu)空間。

不局限于確定的理論，燃料電池的功率減弱的主要原因在于，在傳統(tǒng)的“空氣/空氣-啟動(dòng)”的過(guò)程中在陽(yáng)極側(cè)上存在空氣。在此，在陽(yáng)極側(cè)形成氫氣/空氣前緣，而陰極室被施加以空氣。氫氣/空氣前緣在陽(yáng)極上的存在導(dǎo)致陰極的退化。關(guān)于退化的原因是在燃料電池的空氣/空氣區(qū)域內(nèi)陰極的半電池電勢(shì)的升高，這由氫氣/空氣區(qū)域外加的電壓造成。升高的陰極電勢(shì)導(dǎo)致布置在陰極內(nèi)的催化劑的碳載體材料的腐蝕。這種腐蝕導(dǎo)致不可逆的損傷以及燃料電池的容量的降低。

考慮到該損失而得以優(yōu)化的啟動(dòng)方法設(shè)成，在激活氫氣供給(“氮?dú)?空氣-啟動(dòng)”)之前，將燃料電池的陽(yáng)極室用尤其惰性的沖洗氣體、如氮?dú)膺M(jìn)行沖洗。通過(guò)氮?dú)饩彌_而防止了在陽(yáng)極側(cè)上形成氫氣/空氣前緣。雖然以這種方式可以從陽(yáng)極室中排出氧，但不是化學(xué)鍵合的氧，尤其是催化電極材料的氧化物形式的氧。

此外，由JP 2009-016118 A已知一種與陰極室相關(guān)的材料，其吸附氧并且由此化合。在此，缺點(diǎn)是使用如下的相應(yīng)的材料，該材料可以在車輛系統(tǒng)中自身相應(yīng)松脫并且可以到達(dá)燃料電池的區(qū)域。另外的缺點(diǎn)是，所吸附的氧必須被再次排出。為此，例如必須相應(yīng)更換吸附單元或者設(shè)有耗費(fèi)的控制裝置和相應(yīng)的運(yùn)行方法，用于在特定的運(yùn)行狀態(tài)下排出氧。

此外示出的是，所有的用于阻止氫氣/空氣前緣、尤其氮?dú)?空氣啟動(dòng)的所述方法雖然都導(dǎo)致燃料電池容量下降的放緩，但是沒有完全阻止電極的退化，該退化通過(guò)增大催化材料的量被補(bǔ)償。然而，催化材料在生產(chǎn)燃料電池時(shí)是成本確定的要素。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述方法的缺點(diǎn)并且提供一種用于運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)的方法，該方法在重啟燃料電池時(shí)至少減少所述退化并且可以降低燃料電池系統(tǒng)內(nèi)所需的催化劑的量。

所述技術(shù)問題通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征的用于啟動(dòng)燃料電池的方法和相應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)解決。

由此，本發(fā)明涉及一種用于啟動(dòng)燃料電池的方法，其中，所述燃料電池包括導(dǎo)電的雙極板。在所述雙極板之間分別布置有陰極、膜和陽(yáng)極，所述陰極包括導(dǎo)引流體的陰極室，所述陽(yáng)極包括導(dǎo)引流體的陽(yáng)極室。按照本發(fā)明規(guī)定，所述方法至少包括以下步驟并且優(yōu)選以規(guī)定的順序：

1.用流體沖洗陽(yáng)極室以排除燃料，

2.借助施加電流和/或電壓而將電能外加在燃料電池(包括由陰極/膜/陽(yáng)極構(gòu)成的單元)上，其中，將所述陽(yáng)極室用流體加載或者保持用流體加載，

3.斷開電能，和

4.將燃料引入所述陽(yáng)極室中。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，膜電極組件的容量在重啟燃料電池系統(tǒng)時(shí)被保持。由于啟動(dòng)而造成的催化材料的退化和/或碳材料的退化被明顯降低或者甚至可以完全避免。這有利地使得可以減少在燃料電池的電極區(qū)域內(nèi)的催化劑的量，這進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了在制造燃料電池系統(tǒng)時(shí)節(jié)約成本。

原因尤其在于，通過(guò)按照本發(fā)明的方法，不僅氣態(tài)部分的氧從陽(yáng)極室內(nèi)被清除，就像例如在用流體沖洗陽(yáng)極室時(shí)那樣的情形，而且還從陽(yáng)極室或陽(yáng)極中排除了化合部分的氧。如果氧化合地存在于陽(yáng)極中或陽(yáng)極表面上，則通常涉及催化劑的氧化物或氫氧化物。氧的存在，例如通過(guò)在關(guān)掉燃料電池時(shí)用空氣沖洗陽(yáng)極室所造成的氧的存在導(dǎo)致形成金屬氧化物和金屬氫氧化物、尤其氧化鉑，該氧化鉑對(duì)于待催化的反應(yīng)是活性較低的或完全無(wú)活性的。按照本發(fā)明的方法、尤其所述方法的第二步驟導(dǎo)致氧化物和/或氫氧化物被電化學(xué)地分解，即，催化性的金屬被還原，并且由此以單質(zhì)形式的催化劑(零氧化態(tài))可重新被用于燃料電池反應(yīng)。燃料電池的容量被獲得或再生。

在所述方法的第一步驟中用流體對(duì)陽(yáng)極室的沖洗優(yōu)選通過(guò)對(duì)陽(yáng)極室或陽(yáng)極流動(dòng)通道加載流動(dòng)氣體而實(shí)現(xiàn)。所述流體尤其涉及惰性氣體、例如N₂。在備選的實(shí)施方式中，可以在惰性氣體中添加少量的氫，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)處于陽(yáng)極室內(nèi)的氣態(tài)氧的可控式化學(xué)還原。供給的沖洗流體通過(guò)雙極板的分布區(qū)域到達(dá)活性區(qū)域的流動(dòng)通道內(nèi)并且在那里通過(guò)雙極板的第二分布區(qū)域被再次導(dǎo)出。在流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)通道并且由此也流動(dòng)通過(guò)燃料電池的陽(yáng)極室時(shí)，位于陽(yáng)極室內(nèi)的氣體、如氧氣被排擠。用流體對(duì)陽(yáng)極室的沖洗隨后以有利的方式導(dǎo)致，氣態(tài)的氧(O₂)被從陽(yáng)極空氣清除。在此，在本發(fā)明的框架下，“陽(yáng)極室”的定義應(yīng)理解為處于膜和雙極板的陽(yáng)極側(cè)之間的空間。該空間不僅包括雙極板的陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域、即陽(yáng)極流動(dòng)通道，也包括必要時(shí)在陽(yáng)極側(cè)布置的氣體擴(kuò)散層。相應(yīng)地也適用于“陰極室”的定義。

相對(duì)地，在所述本發(fā)明的第二步驟中借助施加電流和/或電壓而將電能外加在膜電極組件上則導(dǎo)致以氧化物和氫氧化物形式化合的氧的電化學(xué)分解。為了更好的理解，例如以鉑作為催化材料在化學(xué)方程式1和2中示出氧化還原總反應(yīng)，

平衡向單質(zhì)鉑那側(cè)的偏移優(yōu)選通過(guò)在燃料電池內(nèi)(具體在燃料電池組內(nèi))感應(yīng)出電流流動(dòng)實(shí)現(xiàn)。由所述電流流動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的自由電子導(dǎo)致在化學(xué)方程式1和2中示出的鉑的還原，使得反應(yīng)平衡偏移向單質(zhì)鉑那側(cè)。

在此，術(shù)語(yǔ)“電能”應(yīng)作為這樣的現(xiàn)象的上位概念來(lái)考慮，所述現(xiàn)象歸因于靜止的或運(yùn)動(dòng)的電荷。由此，電能在此應(yīng)理解為電壓，即電勢(shì)差和/或電流流動(dòng)。

隨后在所述方法的第三步驟中斷開電能，也就是中斷施加電流或施加電壓。在最簡(jiǎn)單的情況下，通過(guò)斷開電流或電壓實(shí)現(xiàn)電能的斷開。這可以正如在第二步驟中的外加電能那樣突然實(shí)現(xiàn)或者以前述遞減的(在外加時(shí)是遞增的)曲線走向?qū)崿F(xiàn)。

接下來(lái)在第四步驟中通過(guò)將燃料、尤其氫引入燃料電池的陽(yáng)極室內(nèi)進(jìn)行燃料電池的自身啟動(dòng)。這以已知的方式通過(guò)用相應(yīng)的燃料充滿陽(yáng)極室通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)理解的是，最晚在該時(shí)間點(diǎn)上向燃料電池的陰極室充入氧化劑、尤其空氣。通過(guò)在膜的一側(cè)存在燃料并且在膜的另一側(cè)存在氧化劑而產(chǎn)生電化學(xué)電勢(shì)，該電化學(xué)電勢(shì)可以作為在膜上的電壓降被測(cè)量。所產(chǎn)生的電壓可以被獲取并且作為電能在外部被使用，例如用于驅(qū)動(dòng)電氣消耗件或者用于對(duì)電池充電。

為了將存在的氣態(tài)的氧從陽(yáng)極室去除或者有利其去除，優(yōu)選地，在第一步驟中的用流體沖洗陽(yáng)極室甚至在第二步驟中外加電能的過(guò)程中還持續(xù)進(jìn)行，可選地甚至短時(shí)間地超出第二步驟繼續(xù)進(jìn)行。在該實(shí)施方式中，步驟1和2時(shí)間上相重疊。備選地，在第二步驟之后可以在附加的方法步驟中用流體重新沖洗陽(yáng)極室。

在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，用于沖洗陽(yáng)極室的流體是氮?dú)狻＿@是特別有利的，因?yàn)榈獨(dú)獠皇侨剂想姵胤磻?yīng)的反應(yīng)參與者并且還相對(duì)于陽(yáng)極室內(nèi)部的材料是惰性的。

在備選或附加的設(shè)計(jì)方案中，陽(yáng)極循環(huán)、即屬于陽(yáng)極的用于運(yùn)行氣體的半電池循環(huán)具有催化劑，該催化劑被添加到用于分子氧的還原劑中，用于支持氣態(tài)氧的化學(xué)分解。由此，陽(yáng)極的上游出現(xiàn)陽(yáng)極循環(huán)中的氧的貧乏，這還導(dǎo)致該區(qū)域中的惰性氣體的富集。為此優(yōu)選的是，可以將燃料、尤其氫用于該目的，該燃料在沖洗過(guò)程后被添加到惰性氣體中。這之所以是優(yōu)選的，是因?yàn)樵撊剂?氫)本來(lái)也被用于燃料電池的運(yùn)行。

在本發(fā)明的另外的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，所產(chǎn)生的電能的強(qiáng)度通過(guò)施加的電壓的強(qiáng)度、也就是在燃料電池上的電壓降和/或施加的電流的強(qiáng)度、也就是電流強(qiáng)度進(jìn)行控制。在此特別有利的是，施加的電壓和/或施加的電流通過(guò)測(cè)量值被調(diào)制，該測(cè)量值直接或間接地提供了關(guān)于所存在的氧化鉑的出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)的信息。如果在燃料電池上例如施加恒定的電流，則可以得知關(guān)于所獲得的電壓隨化學(xué)還原進(jìn)程的時(shí)間變化曲線。

優(yōu)選地，通過(guò)施加外部電壓和/或電流借助雙向的DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)置電能。

電壓或電流的施加優(yōu)選通過(guò)導(dǎo)電的雙極板實(shí)現(xiàn)。在此，燃料電池組優(yōu)選串聯(lián)。因?yàn)殡p極板在已有的燃料電池中原則上相互電連接，所以不會(huì)產(chǎn)生附加的連接耗費(fèi)。在有利的方式中，使用蓄電池作為電流或電壓源。在此，尤其使用傳統(tǒng)的用于在燃料電池運(yùn)行中存儲(chǔ)電流的蓄電池。

在按照本發(fā)明的方法的另外優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，外加的電能由0.5V至1.5V、尤其0.7至1.3V范圍內(nèi)的電壓實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鶎?shí)現(xiàn)的電勢(shì)差使得在所述方程式中示出的氧化還原反應(yīng)向有利于單質(zhì)鉑和水那側(cè)偏移。

還有利的是，以0.1至120秒、尤其0.1至45秒、優(yōu)選0.1至5秒范圍的持續(xù)時(shí)間在膜電極組件上施加電能。在此顯示出，該時(shí)間段是足以還原至少大部分的氧化鉑并且穩(wěn)定膜電極組件的容量。

所外加的電能的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間優(yōu)選如此選擇，使得在第二步驟結(jié)束時(shí)獲得預(yù)設(shè)份額的催化金屬單質(zhì)。例如，存在的催化材料的至少50％的重量百分比、優(yōu)選至少70％的重量百分比是無(wú)氧的。

適宜的是，通過(guò)外加電能所感應(yīng)的電流反向于在燃料電池運(yùn)行時(shí)的電流方向，如此以便還原在陽(yáng)極上形成的氧化鉑和氫氧化鉑。

在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，燃料的引入在斷開電能之后以時(shí)間延遲的方式進(jìn)行。本發(fā)明的該設(shè)計(jì)方案以有利的方式導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)的再生和穩(wěn)定。

本發(fā)明的另外的方面涉及一種燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料電池。所述燃料電池包括導(dǎo)電的雙極板，在所述雙極板之間分別布置有陰極、膜和陽(yáng)極，所述陰極包括導(dǎo)引流體的陰極室，所述陽(yáng)極包括導(dǎo)引流體的陽(yáng)極室。所述燃料電池系統(tǒng)還包括電源和控制單元，所述控制單元設(shè)置用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。

在按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的特別有利的設(shè)計(jì)方案中，控制單元設(shè)置用于通過(guò)電流和/或電壓控制電流流動(dòng)和/或電勢(shì)。

此外有利的是，在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有傳感器，該傳感器可以根據(jù)參數(shù)調(diào)整電流和/或電勢(shì)，該參數(shù)對(duì)應(yīng)于陽(yáng)極內(nèi)或陽(yáng)極上的氧化鉑的含量或者在陽(yáng)極室內(nèi)的氧的含量。

在本申請(qǐng)中所述的本發(fā)明的不同的實(shí)施方式在個(gè)別情況下不能另外地實(shí)施并且有利地可相互結(jié)合。

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在附圖中：

圖1示出燃料電池的示意圖，

圖2示出燃料電池組的單體電池的剖面示意圖，

圖3a-f示出在優(yōu)選實(shí)施例中按照本發(fā)明的方法的不同時(shí)間點(diǎn)上在陽(yáng)極室內(nèi)的氣體比例和陽(yáng)極的狀態(tài)，和

圖4示出在優(yōu)選實(shí)施例中按照本發(fā)明的方法的電流/電壓-時(shí)間曲線圖。

圖1示出燃料電池(也稱作燃料電池組)的簡(jiǎn)化示意圖。燃料電池100包括第一端板6和第二端板7。在端板6、7之間安置有多個(gè)相互堆疊的堆疊件，這些堆疊件包括雙極板5和膜電極單元10。雙極板5與膜電極單元10相互交替地堆疊。膜電極單元10分別包括膜和接在所述膜的兩側(cè)上的電極，即陽(yáng)極和陰極(未示出)。在雙極板5和膜電極單元10之間分別安置有密封件8，該密封件氣密地向外密封陽(yáng)極室和陰極室。在端板6和7之間，燃料電池100借助拉力件9、例如拉桿或壓板被擠壓。

在圖1中僅能看到雙極板5和膜電極單元10的窄側(cè)。雙極板5和膜電極單元10的主表面彼此相互貼靠。在圖1的示圖中局部沒有依據(jù)尺寸比例。通常，由雙極板5和膜電極單元10構(gòu)成的單體電池的厚度等于數(shù)個(gè)毫米，其中，膜電極單元10是最薄的元件。此外，單體電池的數(shù)量通常比所示的明顯更多。

PEM(質(zhì)子交換膜)燃料電池100的單體電池的剖面示意圖在圖2中示出。

燃料電池100包括作為核心部件的膜電極單元10，其具有聚合物電解質(zhì)膜1以及分別連接在膜1的兩個(gè)平面?zhèn)戎簧系碾姌O、即陽(yáng)極2a和陰極2k。膜1是聚合物電解質(zhì)膜，其優(yōu)選可以導(dǎo)引陽(yáng)離子、尤其質(zhì)子(H⁺)。電極2a、2k包括催化材料、例如鉑，該催化材料被攜帶在導(dǎo)電材料、例如碳基材料上。

氣體擴(kuò)散層3分別鄰接在電極2a、2k上，該氣體擴(kuò)散層基本上實(shí)現(xiàn)了將供給的運(yùn)行氣體在電極2a、2k或膜1的主表面上均勻分布。

在每個(gè)氣體擴(kuò)散層3的外側(cè)上安置有雙極板5。雙極板5的作用是，將單體電池的各個(gè)膜電極單元10電氣地相互連接、對(duì)燃料電池組進(jìn)行冷卻并且將運(yùn)行氣體供給電極2a、2k。為了最后這一目的，雙極板5(也稱為流動(dòng)區(qū)域板)具有流動(dòng)區(qū)域4a、4k。流動(dòng)區(qū)域4a、4k例如包括多個(gè)相互平行布置的流動(dòng)通道，這些流動(dòng)通道以溝槽或凹槽的形式加工到這些雙極板5中。通常，每個(gè)雙極板5在其一側(cè)上具有朝向陽(yáng)極2a的陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域4a并且在雙極板的另一側(cè)上具有朝向陰極2k的陰極流動(dòng)區(qū)域4k。在本發(fā)明中，兩個(gè)所示的雙極板5中的每一個(gè)分別僅顯示一個(gè)流動(dòng)區(qū)域4a、4k，其中，所示的截面圖沿著相應(yīng)的流動(dòng)通道延伸。在燃料電池正常運(yùn)行時(shí)，陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域4a被供給燃料、尤其氫氣(H₂)，同時(shí)陰極流動(dòng)區(qū)域4k被供給含有氧氣(O₂)的運(yùn)行介質(zhì)、尤其空氣。

在圖2中同樣示出在陽(yáng)極2a和陰極2k上發(fā)生的反應(yīng)。由此在陽(yáng)極2a上將氫氣H₂催化氧化成質(zhì)子H⁺，并釋放出電子e^-。所述質(zhì)子遷移通過(guò)導(dǎo)引質(zhì)子的膜1并且到達(dá)陰極2k。在那里，供給的氧O₂與質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗瓾₂O，其中，氧被還原并且由此接受電子。陽(yáng)極反應(yīng)的電子通過(guò)外部的、在此未示出的電路被供給陰極。

結(jié)合圖3和4在有利的實(shí)施方式中闡述按照本發(fā)明的用于啟動(dòng)燃料電池的方法的流程。在此，圖3示出在執(zhí)行按照本發(fā)明的方法時(shí)在不同的時(shí)間點(diǎn)上在陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域4a和陽(yáng)極2a的流動(dòng)通道內(nèi)的狀態(tài)示意圖。圖3未示出氣體擴(kuò)散層3。圖4示出在執(zhí)行所述方法時(shí)的燃料電池的電流/電壓-時(shí)間曲線圖(U(t)/I(t))。在此示出在根據(jù)以分鐘所示的時(shí)間(t)(橫坐標(biāo))中以伏特所示的電壓(U)20(左側(cè)縱坐標(biāo))和以mA測(cè)量的電流(I)21(右側(cè)縱坐標(biāo))的曲線圖。

在開始方法的時(shí)間點(diǎn)t₀上，陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域4a被完全填充氧O₂。催化材料由此部分以氧化鉑PtO_x的形式存在(圖3a)。在時(shí)間點(diǎn)t₀上，通過(guò)將沖洗流體、在此為N₂施加到陽(yáng)極室中來(lái)啟動(dòng)所述方法。在此形成氮/氧前緣并且氮在該階段將氧排擠出陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域4a(圖3b)。在圖4中以I示出的第一方法階段中，沖洗時(shí)間持續(xù)0.5至1.5分鐘、尤其1至1.25分鐘、在此為1.1至1.2分鐘。在該階段I結(jié)束時(shí)，在時(shí)間點(diǎn)t₁上，整個(gè)陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域4a被完全充滿氮，同時(shí)另外陽(yáng)極4a部分以PtO_x的形式存在(圖3c)。

在接下來(lái)的第二方法階段II中，在持續(xù)18至120秒、尤其24至36秒的時(shí)間點(diǎn)t₁上，將電能外加在燃料電池、尤其是其雙極板上。這在所示的實(shí)施方式中以電流控制的方式進(jìn)行。由外加的電流21產(chǎn)生電壓20，該電壓跟隨電流走向(參見圖4)。該跟隨可如下明確得知，即，電壓20相對(duì)于感應(yīng)電流21明顯不是突然地上升，而是顯示出平緩上升。在所示的實(shí)施方式中，即便在外加電能時(shí)也不中斷氮的供給。在該階段II中，通過(guò)感應(yīng)電流21和/或由此產(chǎn)生的電壓20電化學(xué)地還原氧化鉑。所觀察到的電壓跟隨歸因于氧化鉑的持續(xù)還原。在所述還原時(shí)產(chǎn)生的水通過(guò)未中斷的用氮沖洗被從陽(yáng)極室內(nèi)排出。在方法階段II結(jié)束時(shí)在時(shí)間點(diǎn)t₂上，陽(yáng)極2a的催化材料以鉑Pt的形式存在。

第三方法階段III在時(shí)間點(diǎn)t₂上開始并且通過(guò)關(guān)掉電流供應(yīng)來(lái)中斷電流21而引入。電流21驟然降為0mA。電壓20再次跟隨電流走向，使得測(cè)量的電壓20在第三方法階段III中雖然下降，但是沒有到達(dá)零點(diǎn)。在持續(xù)大約2至15秒、優(yōu)選3至10秒、尤其5至7秒的第三方法階段III中，陽(yáng)極室進(jìn)一步持續(xù)地用氮沖洗。為了在該階段中阻止由于氧的擴(kuò)散而造成再次產(chǎn)生氧化鉑和氫氧化鉑，盡可能短地規(guī)定持續(xù)時(shí)間。

在時(shí)間點(diǎn)t₃上開始供給燃料、在此為氫，并且由此開始第四方法階段IV。在此形成氫/氮前緣并且氫將氮排擠出陽(yáng)極室(圖3e)。導(dǎo)入的氫引發(fā)本來(lái)的燃料電池反應(yīng)并且在膜上產(chǎn)生電勢(shì)差，因?yàn)殛帢O室同時(shí)被供給氧、尤其空氣。電化學(xué)電勢(shì)差以電壓20測(cè)量，無(wú)需施加電流21(圖4)。

在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)并且在燃料電池運(yùn)行中，整個(gè)陽(yáng)極室被充滿氫(圖3f)。

附圖標(biāo)記列表

1 膜

2 電極

2a 陽(yáng)極

2k 陰極

3 氣體擴(kuò)散層GDL

4a 陽(yáng)極流動(dòng)區(qū)域

4k 陰極流動(dòng)區(qū)域

5 雙極板BPP

6 第一端板

7 第二端板

8 密封件

9 拉力件

10 膜電極單元MEA

100 燃料電池

20 電壓

21 電流