一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，包括红外光源、红外晶片、红外检测器、燃料电池扩散层和有机玻璃池，所述红外晶片、燃料电池扩散层和有机玻璃池从下至上依次水平设置并紧密连接，所述有机玻璃池为底面没有底板的箱体，所述有机玻璃池底部与燃料电池扩散层密封连接，所述有机玻璃池的顶板和侧板下部分别设有通气孔和通水孔，所述通气孔经导气管与大气相通，所述通水孔经导水管与高位水槽连通，所述导水管上设有阀门。该装置有利于快速、精确地测试质子交换膜燃料电池扩散层的水传输性能。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置
本技术属于燃料电池
，具体涉及一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置。
技术介绍
燃料电池因其发电效率高，可持续工作，无污染，噪音小等特点，被认为是21世纪首选清洁高效的发电技术。质子交换膜燃料电池涉及“气-水-热-电”的多物理场工作环境，主要包括双极板、扩散层、质子交换膜和催化层四个部分。扩散层存在于极板和催化层之间，主要采用多孔结构的碳纸（基底层）和一面喷涂炭黑（微孔层）的双层结构，起到支撑催化层、传导电子、传导气体和排出反应产物水等重要作用。其中，水是由空气或者氧气在催化剂表明被还原成OH-后与质子结合生成，反应式如下：阳极：H2-2e-→2H+阴极：1/2O2+2H++2e-→H2O总反应：H2+1/2O2→H2O研究表明，阴极反应生成的水需经过扩散层传输到极板排出，扩散层的水传输性极大地影响质子交换膜燃料电池的性能。当扩散层通过传输排水的速度低于电极反应产生水的速度时，水将会在扩散层中积累，进而引发燃料电池发生水淹。一旦扩散层发生水淹，参与反应的燃料和空气无法通过扩散层扩散通道到达催化层表面，电池性能急剧下降，电池失效。因此，质子交换膜燃料电池扩散层的水传输性能是扩散层性能的一项重要指标。针对扩散层的水传输性能测试，Benziger等人研制了一套测试装置，即将扩散层放置在一个过滤池下方，池子上方有两根聚四氟乙烯的管子。一根管子用于引入水，另外一根用于排出空气，如下图所示。实验开始时，水被慢慢加入到过滤池中，水面高度不断上升，由压力公式（P=ρgh）可知，扩散层处所受到的压力在不断增大，当在扩散层下面水滴开始出现时，此时的水压即为静水压头压力，扩散层水传输性能越好的，静水压力越小。Chun等人也采用与Benziger等人类似的装置，并同时测试扩散层水压头和通过扩散层的渗透水流量，进而通过比较得出扩散层的水渗透性能。以上测试扩散层渗透性的方法中，通过肉眼观察的方式确定水滴形成情况，进而确定静水压头。但由于水滴大小和人眼的敏感性差异，测得静水压头必然也存在一定的人为差异。傅里叶变换衰减全反射红外光谱法（ATR-FTIR），当光从高折射率的晶体到达低折射率的样品表面时，如果光的入射角大于折射角，光线会发生全面反射。事实上，光束没有被完全反射，而是穿透到低折射率样品的表面一定深度后再返回。光线穿透样品的过程中，存在选择性吸收，导致在吸收的红外波段发生光强度衰减，产生与透射吸收类似的效果，进而获得样品表面层化学物质的红外信息。通常一次反射的信号很弱，若增加全反射的次数，则能够增强吸收带信息。红外光线穿透样品表面的深度依赖于折射率和入射光的角度和波长有关，根据麦克斯韦关系式，穿透深度d可由以下公式计算得到：式中，θ是光线的入射角，λ是光在内反射晶体内的波长，n1和n2分别是内反射晶体和样品的折射率。穿透深度与λ成正比，波长越长，穿透深度越大；入射角越接近于临界角，穿透深度也越大。测试中根据选用内反射晶体的材料和不同的入射角，透射深度可在几百纳米到几微米之间变化。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，该装置有利于快速、精确地测试质子交换膜燃料电池扩散层的水传输性能。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，包括红外光源、红外晶片、红外检测器、燃料电池扩散层和有机玻璃池，所述红外晶片、燃料电池扩散层和有机玻璃池从下至上依次水平设置并紧密连接，所述有机玻璃池为底面没有底板的箱体，所述有机玻璃池底部与燃料电池扩散层密封连接，所述有机玻璃池的顶板和侧板靠近扩散层的底边位置分别设有通气孔和通水孔，所述通气孔经导气管与大气相通，所述通水孔经导水管与高位水槽连通，所述导水管上设有阀门。进一步地，所述红外晶片、燃料电池扩散层和有机玻璃池采用夹具夹紧。进一步地，所述有机玻璃池的底面边缘与燃料电池扩散层通过硅橡胶密封连接。进一步地，所述燃料电池扩散层横截面的形状和尺寸大于有机玻璃池的底面。进一步地，所述有机玻璃池为长方体，其规格为60mm*10mm*10mm，所述燃料电池扩散层横截面为长方形，其长度大于65mm，宽度大于15mm。进一步地，所述导气管上端口的高度与高位水槽的高度相当。进一步地，所述导气管、导水管的管径分别与通气孔、通水孔的孔径相匹配。进一步地，所述通气孔、通水孔的孔径为1-3mm。相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：利用红外光谱信息，从分子水平探测质子交换膜燃料电池扩散层界面的水渗透情况，相比于用肉眼观察水滴形成的方法，采用水的红外信息作为评估扩散层渗透性能的指标，灵敏度更高，精确性更好，不易受人为因素的干扰。此外，除了可以检测水分子以外，还可以检测具有红外信号的其他物质，比如甲醇等燃料电池用的燃料物质。因此，本技术具有很强的实用性和广阔的应用前景。附图说明图1是本技术实施例的装置结构示意图。图中，1-红外光源，2-红外晶片，3-红外检测器，4-燃料电池扩散层，5-有机玻璃池，6-通气孔，7-通水孔，8-导水管，9-阀门，10-高位水槽，11-导气管，12-金属夹具，13-硅胶垫。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本技术作进一步的详细说明。请参见图1，本技术提供了一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，包括红外光源1、红外晶片2、红外检测器3、燃料电池扩散层4和有机玻璃池5，所述红外晶片2、燃料电池扩散层4和有机玻璃池5从下至上依次水平设置并紧密连接，所述有机玻璃池5为底面没有底板的箱体，所述有机玻璃池5底部与燃料电池扩散层4密封连接，所述有机玻璃池5的顶板和右侧板靠近扩散层的底边位置分别设有通气孔6和通水孔7，用于空气和液体的进出，所述通气孔6经导气管11与大气相通，所述通水孔7经导水管8与高位水槽10连通，所述导水管8上设有阀门9。具体地，所述红外晶片2、燃料电池扩散层4和有机玻璃池5采用金属夹具12夹紧，并在金属夹具片与红外晶片2、有机玻璃池5的接触面之间垫设硅胶垫13。所述有机玻璃池5的底面边缘与燃料电池扩散层4通过硅橡胶密封连接。在本实施例中，所述有机玻璃池5为长方体，其规格为60mm*10mm*10mm，所述燃料电池扩散层4横截面为长方形，其长度大于65mm，宽度大于15mm，即让燃料电池扩散层横截面的形状和尺寸大于有机玻璃池的底面。一方面是为了与有机玻璃池密封方便，另一方面是为了避免横向渗透的水通过边缘流到背面，影响红外测试结果。所述导气管11、导水管8的管径分别与通气孔6、通水孔7的孔径相匹配。在本实施例中，所述通气孔6、通水孔7的孔径为1-3mm。所述导气管11上端口的高度与高位水槽10的高度一致。高位水槽的高度根据需要调制水压的大小（P=ρgh）进行调节。只要量出燃料电池扩散层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，其特征在于，包括红外光源、红外晶片、红外检测器、燃料电池扩散层和有机玻璃池，所述红外晶片、燃料电池扩散层和有机玻璃池从下至上依次水平设置并紧密连接，所述有机玻璃池为底面没有底板的箱体，所述有机玻璃池底部与燃料电池扩散层密封连接，所述有机玻璃池的顶板和侧板靠近扩散层的底边位置分别设有通气孔和通水孔，所述通气孔经导气管与大气相通，所述通水孔经导水管与高位水槽连通，所述导水管上设有阀门。/n

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，其特征在于，包括红外光源、红外晶片、红外检测器、燃料电池扩散层和有机玻璃池，所述红外晶片、燃料电池扩散层和有机玻璃池从下至上依次水平设置并紧密连接，所述有机玻璃池为底面没有底板的箱体，所述有机玻璃池底部与燃料电池扩散层密封连接，所述有机玻璃池的顶板和侧板靠近扩散层的底边位置分别设有通气孔和通水孔，所述通气孔经导气管与大气相通，所述通水孔经导水管与高位水槽连通，所述导水管上设有阀门。


2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，其特征在于，所述红外晶片、燃料电池扩散层和有机玻璃池采用夹具夹紧。


3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池扩散层水传输性能测试装置，其特征在于，所述有机玻璃池的底面边缘与燃料电池扩散层通过硅橡胶密封连接。


4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶陈清，郭玮韡，林晓玲，林玉祥，黄思宏，
申请(专利权)人：福建亚南电机有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35