一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，包括阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板、固定框架、一体化阴极流场板和连接杆，所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和固定框架、阴极流场板分设于膜电极两侧，所述连接杆贯穿所述固定框架两侧平行且沿所述固定框架的四周布置，中段与所述固定框架固定连接，两端分别依次贯穿所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和阴极流场板并通过紧固装置固定。本发明专利技术提供的测试装置，同时具有电池性能测试和红外测孔的功能，可以实现准原位检测膜电极穿孔位置，避免了膜电极在反复拆卸过程中造成损伤，可实现对膜穿孔状态演变过程中的监测，更有利于膜穿孔机理的相关研究。

A kind of testing fixture for in-situ detection of membrane electrode perforation point by using infrared thermal imaging

【技术实现步骤摘要】
一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具
本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，涉及一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具。
技术介绍
耐久性是目前制约质子交换膜燃料电池大规模商业化的重要障碍之一，而这主要取决于其核心组件膜电极。一般而言，膜电极主要为七层，依次为阳极密封边框、阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层、阴极密封边框。在长期耐久性实验过程中，质子交换膜会经历化学降解以及物理降解过程，进而形成针孔、裂纹、以及减薄等现象，造成氢气渗透电流的增大。经过更长时间的运行，氢渗透电流会进一步增大，使得膜电极性能衰减超过一定限度后，引起电池失效，在严重情况下，甚至会引发爆炸。故而，需要有效的判断膜电极穿孔点的测试以及相应的形成演变机理。目前对于PEMFC中质子交换膜穿孔点的检测有传统的水检鼓泡法和红外热成像仪检测两种方法。传统的水检法只适合用于检测质子交换膜形成的毫米及以上的大孔，而且水检鼓泡法对于水质要求较高，这种方法不适合检测质子交换膜上微米级的针孔。对于红外热成像仪检漏的原理是将从阳极扩散到阴极的氢气与空气中的氧气在催化剂铂的催化下发生反应，从而产生热量，这种热量可以被红外热成像仪捕捉到，从而检测质子交换膜的针孔。这种方法无论对于质子交换膜形成的较小的孔还是较大的孔，都能有一个较好的检测。目前这种方法常常用来检测有穿孔的膜电极。但是对于将这种方法运用到实际单电池中，常常是将有疑似穿孔的膜电极从测试夹具中取出，然后重新装在一个特殊设计的红外测试夹具中，这种方法的缺陷在于：一方面，膜电极需要在拆下后更换到定制的红外夹具中进行测试，可能会对膜电极造成永久性的机械损伤。另一方面，终态下的穿孔位置可能较多，无法有效识别各点的形成时间以及对膜电极性能或者耐久性的影响。故而，对于由于膜穿孔或者减薄造成电池失效或者寿命终结的膜电极，不仅需要检测膜电极中穿孔点的大小，位置，穿孔方式，同时也需要区分各个穿孔点的形成时间，演变过程以及对于膜电极衰减过程的影响，从而得到有效穿孔点以及相应的膜衰减机理，对后续的膜电极耐久性寿命的提升与优化有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，可以结合单电池测试与红外热成像检测的装置，可用于对膜电极针孔点进行准原位检测研究。在膜的加速老化实验中，不仅可以研究不同时间下膜穿孔点的大小，数量，位置等内容，同时也可以测定电池极化曲线，氢渗透电流，开路电压等内容。通过两者的结合，不仅可以量化穿孔点对膜的影响，同时也可识别造成膜失效的有效穿孔点的相关信息，为后续的膜的失效机理研究提供强有力的支撑。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，包括阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板、固定框架、阴极流场板和连接杆，所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和固定框架、阴极流场板分设于膜电极两侧，所述连接杆贯穿所述固定框架两侧平行且沿所述固定框架的四周布置，中段与所述固定框架固定连接，两端分别依次贯穿所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和阴极流场板并通过紧固装置固定。进一步，所述固定框架中间中空，所述阴极流场板为一体化构件，中间设有凸起的流场区域，所述凸起流场区域刻有流场，所述阴极流场板表面镀金，所述阴极流场板中间凸起的流场区域与所述固定框架中间中空区域吻合，阴极流场板凸出部分厚度与固定框架的厚度保持一致，阴极流场板的流场区域面积应与固定框架的面积保持一致。进一步，所述连接杆位于所述固定框架的两侧分别设有旋向相反的螺纹，所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板、固定框架、阴极流场板上均设有与所述连接杆装配的通孔。进一步，所述阳极端板为加热板，外侧设有加热片对阳极端板进行加热。进一步，所述阳极金属集流板和所述阴极流场板上端均设有凸起的连接板，所述连接板上设有与外部负载相连接的小孔，阳极金属集流板表面镀金。进一步，阴极流场板上的流场为单蛇流场或多蛇流场。进一步，所述固定框架表面具有绝缘涂层。进一步，所述固定框架与阴极流场板接触侧，固定框架表面设有凹槽，所述凹槽中装入密封材料。进一步，所述阴极流场板凸出的流场区域面积大于膜电极活性面积。进一步，所述连接杆采用绝缘材料加工或表面包裹热塑绝缘材料。与现有技术相比，本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术夹具增加了一个固定框架，特殊设计的阴极流场板以及连接杆，可以随时将阴极流场板拿下而不影响阳极的气密性，从而可以在线准原位检测膜电极的失效位点的状态，同时能够提供相应的电化学性能参数进行量化分析，从而更好识别有效的针孔位置和进行相应的膜电极失效机理研究，为后续进一步提高膜电极的寿命提供有利条件。附图说明图1为单电池测试夹具三维示意图。图2为固定框架与阴极流场板接触侧的示意图。图3为膜电极穿孔位置检测原理示意图。图4为加速中开路电压随时间变化的曲线图。图5为加速0圈、3000圈、4000圈的膜电极性能曲线图。图6为加速过程中膜电极的线性伏安曲线图。图7为加速前膜电极的红外热成像图。图8为加速3000圈的膜电极红外热成像图。图9为加速4000圈的膜电极红外热成像图。其中：1-阳极端板，2-阳极金属集流板，3-阳极流场板，4-固定框架，5-阴极流场板，6-连接杆，7-气体进口，8-气体出口，9-测温小孔，10-膜电极，11-红外热成像仪。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，其特征在于:包括阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板、固定框架、阴极流场板和连接杆，所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和固定框架、阴极流场板分设于膜电极两侧，所述连接杆贯穿所述固定框架两侧平行且沿所述固定框架的四周布置，中段与所述固定框架固定连接，两端分别依次贯穿所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和阴极流场板并通过紧固装置固定。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，其特征在于:包括阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板、固定框架、阴极流场板和连接杆，所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和固定框架、阴极流场板分设于膜电极两侧，所述连接杆贯穿所述固定框架两侧平行且沿所述固定框架的四周布置，中段与所述固定框架固定连接，两端分别依次贯穿所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板和阴极流场板并通过紧固装置固定。


2.根据权利要求1所述的一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，其特征在于：所述固定框架中间中空，所述阴极流场板为一体化构件，中间设有凸起的流场区域，所述凸起流场区域刻有流场，所述阴极流场板表面镀金，所述阴极流场板中间凸起的流场区域与所述固定框架中间中空区域吻合，阴极流场板凸出部分厚度与固定框架的厚度保持一致，阴极流场板的流场区域面积应与固定框架的面积保持一致。


3.根据权利要求1所述的一种利用红外热成像准原位检测膜电极穿孔点的测试夹具，其特征在于：所述连接杆位于所述固定框架的两侧分别设有旋向相反的螺纹，所述阳极端板、阳极金属集流板、阳极流场板、固定框架、阴极流场板上均设有与所述连接杆装配的通孔。


4.根据权利要求1所述的一种利用红外热成像准原位检...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘牧，何练，傅鹏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42