一种燃料电池膜电极性能测试装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池膜电极的性能测试装置，包括电极快速安装组件、快速加载组件，以及温度控制组件。所述电极快速安装组件用于待测膜电极的快速安装，所述快速加载组件用于为待测膜电极快速提供指定压力，所述温度控制组件用于为膜电极提供指定的反应温度。待膜电极压力、温度达到指定温度时，可以通入反应气体，测量膜电极性能。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极性能测试装置及应用
本专利技术设计一种测试装置，具体涉及一种燃料电池膜电极的性能测试装置。
技术介绍
随着全球资源的紧张以及人们对环保要求的逐渐提高，使得燃料电池技术的研发日益成熟，工业化进程日益加深，因此对于燃料电池各零部件的测试检测方法及装置收到各研究机构的重视。燃料电池膜电极是燃料电池在工作过程中将化学能转换为电能的核心场所，是燃料电池的首要核心部件，其英文缩写为MEA。膜电极是多项物质传输和电化学反应的场所，决定着燃料电池电堆的性能、成本以及寿命。因此，对燃料电池膜电极的性能及寿命有准确的评估成为了燃料电池研发的核心技术。燃料电池膜电极测试过程中需要控制的参数有：阳极气体流量、阴极气体流量、反应池温度以及反应池的压力。其中，阴阳极的气体流量控制着膜电极的反应物质，反应池温度控制膜电极反应的环境温度，反应池压力控制膜电极的压缩率，进而控制膜电极内阻。能否精确地、可重复地控制各参数决定着对燃料电池膜电极的性能及寿命评估是否准确。传统燃料电池膜电极单池测试装置多以电堆端板和石墨极板为主，均以螺栓加载，操作繁琐，无法控制加载力的大小，加载力过小导致膜电极压缩率不够，内阻过大，加载力过大则破坏膜电极。同时，在做对比实验时，无法重复同一加载力大小，造成实验结果存在偏差。并且，采用螺栓加载耗时费力，浪费科研工作者的大量时间。因此，设计一款可靠的、快速的、可重复加载的膜电极性能测试装置成为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种可靠的、快速的、可实现重复加载的燃料电池膜电极性能测试装置。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种燃料电池膜电极性能测试装置，包括膜电极快速安装组件、快速加载组件、温度控制组件；采用模块化设计，使燃料电池膜电极测试过程更加简洁有序；所述快速安装组件包括上腔体和下腔体；上腔体和下腔体相对设置，构成反应腔体；待测膜电极置于反应腔体内；燃料电池膜电极通过导向定位装置可以实现其快速安装；所述温度控制组件用于控制燃料电池膜电极在反应腔体内的工作温度；所述快速加载组件包括加载气缸、减压阀、换向阀、流量阀、压块；气缸经流量阀、换向阀、减压阀与气源相连；气缸与减压阀共同控制气缸输出力，进而通过压块控制作用于快速安装组件上的压力，相比于传统的螺栓加载，该加载方式压力可精确控制，可实现压力的重复加载，进而精确的测量燃料电池膜电极的内阻。换向阀与流量阀控制加载的速度，实现柔性加载，避免破坏膜电极；压块置于上腔体正上方，压块下表面设有绝热绝缘垫，下腔体置于底板上方，在下腔体和底板之间设有绝热绝缘板；加载气缸固接于保持架上，气缸置于压块正上方，气缸的活塞与压块固接，通过气缸驱动压块上下运动，压块用于将气缸推力加载到上腔体上。所述快速安装组件中的上腔体为一下端面为平面的块体，于块体的下端面上设有凹槽；于凹槽的开口端上覆盖有极板，极板与凹槽的开口端的四周边缘相贴接，于极板的外露面设置有流场，于凹槽的侧壁面和/或底面上设有二个通孔、或于流场入口端和出口端设有二个通孔，二个通孔分别作为燃料气体的进气孔和出气孔；下腔体置于上腔体下方，下腔体和上腔体的凹槽相对设置，构成反应腔体；待测膜电极置于下腔体的极板和上腔体的极板之间；于上腔体和下腔体上分别设有性能测试孔，性能测试孔内设有一端与极板相连的引出导线。各导线唯一，指定用于电流测试或电压测试。所述温度控制组件包括加热部件、温度传感器、温度控制器；于上腔体和/或下腔体上设有加热孔，加热孔内设有加热部件；于上腔体和/或下腔体上设有温度测试孔，温度测试孔内设有温度传感器；温度传感器通过导线与温度控制器相连，加热部件经温度控制器与外电源相连，所述加热部件、温度传感器及温控器用于控制燃料电池膜电极在反应腔体中的工作温度。温度控制精确，升温快速，温度保持稳定。于上腔体或下腔体上设有2个以上的导向柱，于下腔体或上腔体上设有与导向柱相对应的2个以上的导向柱滑动孔。用于膜电极安装时的快速定位。于待测膜电极四周边缘和下腔体的极板之间设有密封圈和/或于待测膜电极四周边缘和上腔体的极板之间设有密封圈。底板置于保持架上；所述快速加载组件置于保持架上。所述测试装置在工作时，首先将所述快速加载组件从保持架中取出；打开所述反应腔体，将待测膜电极按导向柱导向装入极板之间，通过所述极板对膜电极进行传质，导电；合并反应腔体，放回保持架中；此时，打开气源，打开换向阀，气缸会迅速将压力加载于反应腔体上；通过调节流量阀可以控制气缸加载的快慢，通过调节减压阀可以控制腔体加载力的大小，反应腔体通过快速加载组件进行夹紧；此时，打开温度控制组件，使反应腔体加热到膜电极的工作温度，同时通过进气孔通入反应气体，待电池稳定，通过性能测试孔引出导线进行性能测量。与传统膜电极测试装置相比，本专利技术可实现膜电极的快速安装，大大节省操作人员测试膜电极的安装时间，缩短测试周期；其次，该装置可以实现膜电极的重复装载，可以定量的控制膜电极的装载压力，进而准确控制膜电极内阻，提高膜电极性能测试的精确性，这是传统测试装置无法实现的；最后，与传统测试装置的操作混乱、无序相比，该装置的模块化设计使得膜电极的操作简洁有序，提高操作者的测试效率。附图说明图1为专利技术的组装图。图2为反应腔体零件图。其中：1反应腔体；2石墨极板；3绝热垫；4加载块；5绝热板；6底板；7气缸；8流量阀；9手动换向阀；10减压阀；11温度控制组件；12加热孔；13温度测试孔；14进气孔；15导向柱；16保持架；17密封圈；18性能测试孔；19凹槽；20出气孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。参照图1-2，本专利技术提供一种燃料电池膜电极性能测试装置，包括膜电极快速安装组件、快速加载组件、温度控制组件。所述快速安装组件包括反应腔体1、石墨极板2、密封圈17以及导向柱15。所述反应腔体1包括固定石墨极板的凹槽19、加热孔12、温度测试孔13、进气孔14、出气孔20、性能测试孔18。所述反应腔体通过快速加载模块进行夹紧，通过所述石墨极板2对膜电极进行传质，导电。所述快速加载组件包括加载气缸7、控制加载压力大小的减压阀10、控制加载开关的换向阀9、控制加载速度的流量阀8、用于传导压力的加载块4、加载块与快速安装组件之间的绝热绝缘垫3、保持架16、底板6，以及底板与快速安装组件之间的绝热绝缘板5。所述加载块4用于将气缸推力加载到所述快速安装组件上，所述保持架16用于固定所述快速安装组件。所述温度控制组件包括加热棒、热电偶、温控器等。所述加热棒、热电偶及温控器用于控制反应腔体温度在燃料电池膜电极的工作温度。所述测试装置在工作时，首先将所述快速加载模块从保持架16中取出。打开述反应腔体1，将待测膜电极按导向柱15装入石墨极板2之间。合并反应腔体1，放回保持架16中。此时，打开气源，打开手动换向阀9，气缸7会迅速将压力加载与反应腔体1上。通过调节流量阀8可以控制气缸7加载的快慢，通过调节减压阀10可以反映腔体加载力的大小。此时，打开温度控制组件，使反应腔体1加热到膜电极的工作温度，同时通过进气孔14通入反应气体，待电池稳定，通过性能测试孔18引出导线进行性能测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池膜电极性能测试装置，其特征在于：包括膜电极快速安装组件、快速加载组件、温度控制组件；所述快速安装组件包括上腔体和下腔体；下腔体和上腔体相对设置，构成反应腔体；待测膜电极置于反应腔体内；所述温度控制组件用于控制燃料电池膜电极在反应腔体内的工作温度；所述快速加载组件包括加载气缸、减压阀、换向阀、流量阀、压块；气缸经流量阀、换向阀、减压阀与气源相连；压块置于上腔体正上方，压块下表面设有绝热绝缘垫，下腔体置于底板上方，在下腔体和底板之间设有绝热绝缘板；加载气缸固接于保持架上，气缸置于压块正上方，气缸的活塞与压块固接，通过气缸驱动压块上下运动，压块用于将气缸推力加载到上腔体上。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极性能测试装置，其特征在于：包括膜电极快速安装组件、快速加载组件、温度控制组件；所述快速安装组件包括上腔体和下腔体；下腔体和上腔体相对设置，构成反应腔体；待测膜电极置于反应腔体内；所述温度控制组件用于控制燃料电池膜电极在反应腔体内的工作温度；所述快速加载组件包括加载气缸、减压阀、换向阀、流量阀、压块；气缸经流量阀、换向阀、减压阀与气源相连；压块置于上腔体正上方，压块下表面设有绝热绝缘垫，下腔体置于底板上方，在下腔体和底板之间设有绝热绝缘板；加载气缸固接于保持架上，气缸置于压块正上方，气缸的活塞与压块固接，通过气缸驱动压块上下运动，压块用于将气缸推力加载到上腔体上。2.按照权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述快速安装组件中的上腔体为一下端面为平面的块体，于块体的下端面上设有凹槽；于凹槽的开口端上覆盖有极板，极板与凹槽的开口端的四周边缘相贴接，于极板的外露面设置有流场，于凹槽的侧壁面和/或底面上设有二个通孔、或于流场入口端和出口端设有二个通孔，二个通孔分别作为燃料气体的进气孔和出气孔；所述快速安装组件中的下腔体为一上端面为平面的块体，于块体的上端面上设有凹槽或流场；于凹槽的开口端覆盖有极板，极板与凹槽的开口端的四周边缘相贴接，于极板的外露面设置有流场，于凹槽的侧壁面和/或底面上设有二个通孔、或于流场入口端和出口端设有二个通孔，二个通孔分别作为流场的氧化剂气体的进气孔与出气孔；下腔体置于上腔体下方，下腔体和上腔体的凹槽相对设置，构成反应腔体；待测膜电极置于下腔体的极板和上腔体的极板之间；于上腔体和下腔体上分别设有性能测...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，陈曦，魏伟，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21