CN111537900A - 金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法 - Google Patents

金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，包括：在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第一测试结果；在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第二测试结果；在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第三测试结果；在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第四测试结果；根据第一测试结果、第二测试结果、第三测试结果和第四测试结果对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价。该方法可以测试评价金属空气燃料电池的耐久性、研究金属空气燃料电池的老化特性及机理，以及研究金属空气燃料电池的耐久性提升方法。

Description

金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法
技术领域
本发明涉及金属空气燃料电池技术领域，特别涉及一种金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法。
背景技术
金属空气燃料电池因能量密度高、对环境友好等优点，使得其应用于动力电源和储能领域具有很好的前景。但是在实际应用中，不同工况下的金属空气燃料电池会存在不同程度的老化甚至失效的情况，其耐久性难以满足实际应用需要。
金属空气燃料电池耐久性受限于电池频繁启停过程中空气电极性能的可重复性与稳定性、电解液容纳发电产物的能力、电池堆的集成及其一致性、锌阳极的腐蚀与钝化、电池密封失效与漏液等。
金属空气燃料电池的耐久性面临了诸多挑战，但目前对其老化与失效机理的认识仍然不足，且缺乏从实际商业化应用的角度对电池进行耐久性测试评价的统一方法，目前针对金属空气燃料电池耐久性测试的工作多是聚焦于低电流密度的工作条件。因此，需要从实际商业化应用的角度出发，结合电池实际运行工况提出金属空气燃料电池的耐久性测试评价方法，并利用该方法进一步研究电池的老化机理和延缓老化方法，以逐步提升金属空气燃料电池的耐久性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，该方法考虑了金属空气燃料电池在实际使用时的工况条件，可以测试评价金属空气燃料电池的耐久性、研究金属空气燃料电池的老化特性及机理以及进一步研究金属空气燃料电池的耐久性提升方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，包括：
在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第一测试结果；
在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第二测试结果；
在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第三测试结果；
在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第四测试结果；
根据所述第一测试结果、所述第二测试结果、所述第三测试结果和所述第四测试结果对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价。
本发明实施例的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，通过在不同工况下对金属空气燃料电池进行测试，根据不同工况下得到的测试结果对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价。由此，在考虑电池实际运行的工况条件下，该评价方法可用于测试评价金属空气燃料电池的耐久性，也可用于研究金属空气燃料电池的老化特性及机理，进一步研究金属空气燃料电池的耐久性提升方法，继而推动金属空气燃料电池的商业化应用。
另外，根据本发明上述实施例的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法还可以具有以下附加的技术特征：
在本发明的实施例中，所述在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试；
对金属空气燃料电池进行单次恒电流放电测试；
对单次恒电流放电后的金属空气燃料电池进行性能测试。
在本发明的实施例中，所述在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试；
对金属空气燃料电池进行连续多次恒电流放电测试；
对连续多次恒电流放电后的金属空气燃料电池进行性能测试。
在本发明的实施例中，所述在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试；
对金属空气燃料电池进行长时间停机储存测试；
对长时间停机储存后的金属空气燃料电池进行性能测试。
在本发明的实施例中，所述在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
周期性地对金属空气燃料电池进行放电-储存循环测试；
对放电-储存循环测试后的金属空气燃料电池进行性能测试。
在本发明的实施例中，所述对金属空气燃料电池进行单次恒电流放电测试包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，对金属空气燃料电池以恒定的电流密度进行恒电流放电测试，单次恒电流放电结束后不对金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液。
在本发明的实施例中，所述对金属空气燃料电池进行连续多次恒电流放电测试，包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，周期性地对金属空气燃料电池以恒定电流密度进行恒电流放电测试，每个周期放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，开启下一周期恒电流放电测试。
在本发明的实施例中，所述对金属空气燃料电池进行长时间停机储存测试，包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，金属空气燃料电池进入停机储存状态，阳极侧电解液浸泡，阴极侧对空气开放，停机储存预设时间。
在本发明的实施例中，所述对金属空气燃料电池进行放电-储存循环测试，包括：
设定启停周期，每个周期先对金属空气燃料电池进行性能测试，再对金属空气燃料电池以恒定的电流密度进行恒电流放电测试，放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，将金属空气燃料电池停机储存预设时间，完成一个周期放电-储存测试，对金属空气燃料电池进行连续多个周期放电-储存测试。
在本发明的实施例中，对金属空气燃料电池进行性能测试包括：金属空气燃料电池的极化特性测试、功率密度特性测试和阻抗特性测试。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法流程图；
图2为根据本发明一个实施例的单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程图；
图4为根据本发明一个实施例的在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程图；
图5为根据本发明一个实施例的在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法。
图1为根据本发明一个实施例的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法流程图。
如图1所示，该金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法包括以下步骤：
步骤S1，在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第一测试结果。
如图2所示，在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程，首先对新的金属空气燃料电池进行性能测试；再对金属空气燃料电池进行单次恒电流放电测试；最后对单次恒电流放电后的金属空气燃料电池进行性能测试。
具体地，首先对新的金属空气燃料电池进行性能测试，再对金属空气燃料电池以恒定的电流密度进行恒电流放电测试，放电结束后再对金属空气燃料电池进行性能测试，其中，单次恒电流放电结束后不对金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液。将测试得到的测试结果作为单次稳定运行工况下的第一测试结果。
在一个具体的实施例中，对金属空气燃料电池进行恒电流放电测试的电流密度可以为200mA·cm-2。
步骤S2，在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第二测试结果。
如图3所示，在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程。首先对新的金属空气燃料电池进行性能测试；再对金属空气燃料电池进行连续多次恒电流放电测试；最后对连续多次恒电流放电后的金属空气燃料电池进行性能测试。
可以理解的是，对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，周期性地对金属空气燃料电池以恒定电流密度进行恒电流放电测试，每个周期放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，开启下一周期恒电流放电测试。
具体地，首先对新的金属空气燃料电池进行性能测试，随后每个周期中均将电池以100mA·cm-2的电流密度进行恒电流放电测试，每次放电6h，放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并添加金属燃料和更换电解液，随后开展下一个周期的恒电流放电测试。将测试得到的测试结果作为长时间连续稳定运行工况下的第二测试结果。
其中，进行放电的电流密度以及放电时间均可以根据实际需要进行调节，本申请仅列举一种可能实现的方式。
步骤S3，在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第三测试结果。
如图4所示，在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程。首先对新的金属空气燃料电池进行性能测试；再对金属空气燃料电池进行长时间停机储存测试；最后对长时间停机储存后的金属空气燃料电池进行性能测试。将测试得到的测试结果作为停机储存工况下的第三测试结果。
可以理解的是，对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，金属空气燃料电池进入停机储存状态，阳极侧电解液浸泡，阴极侧对空气开放，停机储存预设时间。其中，预设时间可以进行调整，一般储存时间为7-30天。作为一种具体的实施方式，将金属空气燃料电池停机储存15天。
步骤S4，在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第四测试结果。
如图5所示，在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试的流程。首先，周期性地对金属空气燃料电池进行放电-储存循环测试；再对放电-储存循环测试后的金属空气燃料电池进行性能测试。
具体地，设定启停周期，每个周期先对金属空气燃料电池进行性能测试，再对金属空气燃料电池以恒定的电流密度进行恒电流放电测试，放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，将金属空气燃料电池停机储存预设时间，完成一个周期放电-储存测试，对金属空气燃料电池进行连续多个周期放电-储存测试。将测试得到的测试结果作为周期性启停工况下的第四测试结果。
作为一种具体的实施方式，设定单个启停周期为24h，其中，放电4h，停机储存20h，具体地放电与停机储存时间可以进行调整，若以24h为一个放电-储存周期开展连续的循环测试，电池放电时间为2-8h，停机储存时间为22-16h。在每个启停周期开始先进行性能测试，每次放电结束再进行性能测试，每个周期放电结束完成性能测试后根据消耗情况为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，再进行停机储存测试。
具体地，在周期性启停工况下进行测试时，金属空气燃料电池放电时的电流密度可以为100mA·cm-2。
进一步地，在上述的实施例中，对金属空气燃料电池进行性能测试包括测试新电池的极化特性、功率密度特性和阻抗特性。
可以理解的是，在不同工况下对金属空气燃料电池进行测试时，若为单次恒电流放电测试，则一次放电结束后不继续添加金属燃料和更换电解液。若为连续多次恒电流放电测试，则测试过程中连续多次添加金属燃料和更换电解液。
步骤S4，根据第一测试结果、第二测试结果、第三测试结果和第四测试结果对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价。
具体地，通过上述测试过程，得到了金属空气燃料电池在单次稳定运行工况下的第一测试结果、长时间连续稳定运行工况下的第二测试结果、停机储存工况下的第三测试结果和周期性启停工况下的第四测试结果，根据得到的测试结果可以对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价，还可以用于研究金属空气燃料电池的老化特性及机理，再进一步研究金属空气燃料电池的耐久性提升方法，继而推动金属空气燃料电池的商业化应用。
根据本发明实施例提出的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，通过在不同工况下对金属空气燃料电池进行测试，根据不同工况下得到的测试结果对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价。由此，在考虑电池实际运行的工况条件下，该评价方法可用于测试评价金属空气燃料电池的耐久性，也可用于研究金属空气燃料电池的老化特性及机理，进一步研究金属空气燃料电池的耐久性提升方法，继而推动金属空气燃料电池的商业化应用。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第一测试结果；
在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第二测试结果；
在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第三测试结果；
在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试，得到第四测试结果；
根据所述第一测试结果、所述第二测试结果、所述第三测试结果和所述第四测试结果对金属空气燃料电池的耐久性进行综合评价。
2.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述在单次稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试；
对金属空气燃料电池进行单次恒电流放电测试；
对单次恒电流放电后的金属空气燃料电池进行性能测试。
3.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述在长时间连续稳定运行工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试；
对金属空气燃料电池进行连续多次恒电流放电测试；
对连续多次恒电流放电后的金属空气燃料电池进行性能测试。
4.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述在停机储存工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试；
对金属空气燃料电池进行长时间停机储存测试；
对长时间停机储存后的金属空气燃料电池进行性能测试。
5.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述在周期性启停工况下对金属空气燃料电池进行老化特性测试进一步包括：
周期性地对金属空气燃料电池进行放电-储存循环测试；
对放电-储存循环测试后的金属空气燃料电池进行性能测试。
6.根据权利要求2所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述对金属空气燃料电池进行单次恒电流放电测试包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，对金属空气燃料电池以恒定的电流密度进行恒电流放电测试，单次恒电流放电结束后不对金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液。
7.根据权利要求3所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述对金属空气燃料电池进行连续多次恒电流放电测试，包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，周期性地对金属空气燃料电池以恒定电流密度进行恒电流放电测试，每个周期放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，开启下一周期恒电流放电测试。
8.根据权利要求4所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述对金属空气燃料电池进行长时间停机储存测试，包括：
对新的金属空气燃料电池进行性能测试后，金属空气燃料电池进入停机储存状态，阳极侧电解液浸泡，阴极侧对空气开放，停机储存预设时间。
9.根据权利要求5所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，所述对金属空气燃料电池进行放电-储存循环测试，包括：
设定启停周期，每个周期先对金属空气燃料电池进行性能测试，再对金属空气燃料电池以恒定的电流密度进行恒电流放电测试，放电结束后，对金属空气燃料电池进行性能测试，并为金属空气燃料电池添加金属燃料和更换电解液，将金属空气燃料电池停机储存预设时间，完成一个周期放电-储存测试，对金属空气燃料电池进行连续多个周期放电-储存测试。
10.根据权利要求1-9所述的金属空气燃料电池耐久性综合测试评价方法，其特征在于，对金属空气燃料电池进行性能测试包括：
金属空气燃料电池的极化特性测试、功率密度特性测试和阻抗特性测试。
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