燃料电池性能恢复方法有哪些
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下线活化和性能恢复方法设计已经成为影响燃料电池性能、成本和寿命的必修课 。目前，主流的实用性能恢复方法有哪些，丰田又如何进行燃料电池性能恢复。本文分享国内外主流的燃料电池性能恢复方法。
根据国标GB/T 38914-2020《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》的定义，使用寿命表示 从开始使用至伏安特性衰减到规定的最低程度时的累计使用时间 。并且，标准里提出车用燃料电池堆使用寿命的评价标准为从开始伏安曲线(BOL)到最终伏安曲线(EOL)，在 基准电流下燃料电池 平均每节电压 衰减 10% 。此前，在 美国能源部(DOE)面向2020燃料电池发展技术指标中也对车用燃料电池寿命作出了规定，即在耐久测试后基于稳态极化曲线的 额定功率 衰减不超过 10% 。
图 国标《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》截图
图 燃料电池可逆损失和不可逆损失
通常，在电堆组装下线后、测试和使用过程中都会使用性能恢复或活化的方法 ，如电堆生产下线后进行首次活化，在长时间使用和储存后进行恢复意义的活化。 由于这些方法本质统一，相互适用，这里统称为性能恢复 。日本新能源产业技术综合开发计划 ( NEDO ) 在面向2035年燃料电池堆量产化的目标计划里提出，2025年燃料电池堆的目标下线活化时间为 20 mins，2030年目标下线活化时间为 10 mins，2035年实现目标下线活化时间为 0 mins。可见，性能恢复的方法设计在电堆量产和使用环节都显示出举足轻重的作用，其和寿命、性能和成本密切相关。
在燃料电池测试和运行过程中，难免会产生各类衰减，包括可逆衰减和不可逆衰减。在面向2020年燃料电池项目计划中，美国能源部(DOE)提出了浸泡法的性能恢复方法，该方法可在 没有任何外部电子负载 的情况下， 通过氮气、空气和氢气的浸泡 对催化剂表面氧化物进行还原，实现可逆损失的恢复。恢复过程中，阴阳极进气湿度均保持100%，背压均维持绝压150 kPa。如果在实验室测试前进行该恢复操作，可将恢复过程的电池温度设定为下一步其他测试工况的温度。
负载控制指通过外部专业的电子设备对燃料电池进行负载控制，主要包括 控制电流 和 控制电压 两种。目前燃料电池堆企业内使用较多的方法是 负载循环 方法，即通过控制电流(或电压方法)使电压在高电位和低电位间多次循环。当阴极达到氧化电位时，催化剂形成氧化膜，当阴极达到还原电位时，氧化膜被还原去除，电位循环实现 催化剂氧化/还原和杂质清洗 ，以达到性能恢复的效果。
图 燃料电池高低电位循环恢复原理(丰田)
该方法的典型案例是丰田，其第二代Mirai燃料电池堆在生产下线和长期使用过程中采用负载循环的方法实现性能恢复，恢复条件如下。据资料显示，通过使用负载循环方法，第二带Mirai燃料电池堆下线恢复时间比第一代降低 70% 。
图 第二代Mirai燃料电池堆恢复方法
图 欠空低电压实现方法(以0.4V为例)
图 欠空条件下阴极产氢原理
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