一种燃料电池气渗定量检测方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池气渗定量检测方法，包括以下步骤：1)在燃料电池一端持续通入测试气体，另一端持续通入氮气，并保持燃料电池两端通入气体的流量、湿度和压力以及燃料电池的温度不变；2)将燃料电池通入氮气一端的出口气体通入干燥装置除水后采集得到采样混合气；3)采用微量分析仪器测定采样混合气中的测试气体含量；4)根据氮气的流量和测试气体含量计算燃料电池中的测试气体的渗透流量。与现有技术相比，本发明专利技术能够直接、定量地探测燃料电池中穿透电解质膜的微量气体，检测结果具有较高可靠性，适用于燃料电池气渗的精确测定。适用于燃料电池气渗的精确测定。适用于燃料电池气渗的精确测定。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池气渗定量检测方法


[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池检测
，尤其是涉及一种燃料电池气渗定量检测方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池汽车因其无污染、效率高、续航里程长等优点，已成为未来新能源汽车的重要发展方向之一，然而要实现燃料电池汽车的商业化推广，仍有许多瓶颈问题需要得到解决，其中关系到汽车动力系统使用时间长短的燃料电池耐久性问题一直备受关注，由于燃料电池电解质膜固有的孔隙特性，燃料电池在运行时，其两极通入的反应气会有一小部分穿越质子交换膜渗透至另一侧。反应气的直接反应不仅造成燃料电池效率和性能的损失，还会对质子交换膜结构造成不可逆损伤，并且进一步加剧气渗现象，导致燃料电池使用寿命的缩短。随着燃料电池累计工作时间的增加，质子交换膜隔绝气体的能力逐渐衰退，气渗大小呈递增趋势。因而气渗的准确测量对于质子交换膜燃料电池老化状态的评估及其全生命周期的变化规律研究具有突出意义。
[0003]中国专利技术专利CN112834930A和CN102981124A分别公开了基于电位扫描的燃料电池膜电极参数测量方法和装置以及一种燃料电池堆膜电极状况现场检测方法和检测装置，二者均提出了利用电化学法来检测燃料电池中的氢气渗透，但两种方法在实施过程中都需要先后施加不同的电激励信号，将氢渗透转化为电流以实现间接测量，其测量结果的获取要经历多条响应曲线的采集以及相关数据的拟合，同时对于有效数据段的选取规则也并不明确，以上两种方法不仅操作过程较为繁琐，其最终测定结果还会与真实值存在较大偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池气渗定量检测方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种燃料电池气渗定量检测方法，包括以下步骤：
[0007]1)在燃料电池一端持续通入测试气体，另一端持续通入氮气，并保持燃料电池两端通入气体的流量、湿度和压力以及燃料电池的温度不变；
[0008]2)将燃料电池通入氮气一端的出口气体通入干燥装置除水后采集得到采样混合气；
[0009]3)采用微量分析仪器测定采样混合气中的测试气体含量；
[0010]4)根据氮气的流量和测试气体含量计算燃料电池中的测试气体的渗透流量。
[0011]所述的步骤1)中，燃料电池为质子交换膜单片燃料电池或燃料电池堆。
[0012]所述的步骤1)中，所述的测试气体为氢气或氧气。
[0013]所述的步骤1)中，测试气体通入燃料电池的阳极，氮气通入燃料电池的阴极。
[0014]所述的步骤2)中，采集得到采样混合气具体过程为：
[0015]燃料电池阴极的出口与干燥装置的入口连接，干燥装置的出口连接排气管，排气管的旁路接入气体采样袋，气体采样袋的进出口均由手动阀门控制开闭，燃料电池阴极的出口气体通入干燥装置除水后通入气体采样袋中完成采集。
[0016]所述的干燥装置具体为填充由分子筛干燥剂的干燥管。
[0017]所述的步骤3)中，微量分析仪器具体为气相色谱仪、质谱仪或气相色谱质谱联用仪。
[0018]所述的步骤3)中，采样混合气中的测试气体含量具体为测试气体在采样混合气中所占的质量分数、体积分数或摩尔分数。
[0019]所述的步骤4)中，氮气的流量为氮气通入燃料电池时恒定的质量流量、体积流量或摩尔流量值。
[0020]所述的步骤4)中，燃料电池中测试气体的渗透流量计算式为：
[0021]J
test
＝J
inert
·
x
test
[0022]其中，J
test
为测试气体的渗透流量，J
inert
为氮气的流量，x
test
为采样混合气中测试气体的含量。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]本专利技术无需将渗透气体转化为电流信号来实施间接测量，也无需通过多组测量数据的拟合来获取结果，而是借助微量分析技术直接定量检测穿透电解质膜的微量气体成分，获取结果过程中依赖的数据量很小，有效避免引入额外的误差，检测结果的准确性和可靠性高。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的总体方法流程示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0027]实施例
[0028]如图1所示，本专利技术提供一种基于微量分析技术的燃料电池气渗定量检测方法，包括如下步骤：
[0029]1)在燃料电池一端通入测试气体，另一端通入氮气；
[0030]2)保持燃料电池两端通入气体的流量、湿度和压力大小以及燃料电池的温度不变；
[0031]3)将燃料电池通入测试气体一端的出口气体通入干燥装置；
[0032]4)采集干燥装置的出口气体；
[0033]5)利用微量分析仪器测定采样混合气中的测试气体含量；
[0034]6)结合氮气的流量计算燃料电池中的测试气体的渗透流量。
[0035]本实施例中，氢气作为测试气体持续通入单片质子交换膜燃料电池的阳极，阴极侧通入氮气，两极气体的流量、湿度、压力以及燃料电池的温度均保持不变(阴极氮气流量设为600SCCM)，根据换算可得阴极氮气的摩尔流量(4.46
×
10
‑4mol
·
s
‑1)
[0036]燃料电池的阴极出口与干燥管的入口相连，干燥管内填满分子筛干燥剂，干燥管
的出口连接排气管，排气管的旁路接入气体采样袋，气体采样袋的进出口由手动阀门控制开闭，气体采样袋在与排气管连通一段时间后，关闭气袋进出口并取下气体采样袋。
[0037]将采样气体导入气质联用仪，测得氢气在采样混合气中的摩尔分数(3.84
×
10
‑4)，并通过下式计算燃料电池中测试气体的渗透流量：
[0038]J
test
＝J
iner
t
·
x
test
[0039]其中，J
test
为测试气体的渗透流量，单位是mol
·
s
‑1，J
inert
为氮气的摩尔流量，单位是mol
·
s
‑1，x
test
为采样混合气中测试气体的含量，无量纲。
[0040]最终获得燃料电池中氢气渗透的定量检测结果(本例中为1.71
×
10
‑7mol.s
‑1)。
[0041]以上所述仅为本专利技术的实施例，并不能够对本专利技术产生限制，凡是在本专利技术的精神与原则之内，都应在本专利技术的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池气渗定量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在燃料电池一端持续通入测试气体，另一端持续通入氮气，并保持燃料电池两端通入气体的流量、湿度和压力以及燃料电池的温度不变；2)将燃料电池通入氮气一端的出口气体通入干燥装置除水后采集得到采样混合气；3)采用微量分析仪器测定采样混合气中的测试气体含量；4)根据氮气的流量和测试气体含量计算燃料电池中的测试气体的渗透流量。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池气渗定量检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，燃料电池为质子交换膜单片燃料电池或燃料电池堆。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池气渗定量检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的测试气体为氢气或氧气。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池气渗定量检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，测试气体通入燃料电池的阳极，氮气通入燃料电池的阴极。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池气渗定量检测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，采集得到采样混合气具体过程为：燃料电池阴极的出口与干燥装置的入口连接，干燥装置的出口连接排气管，排气管的旁路接入气体采样袋，气体采样袋的进出口均由手动阀门控制开闭，燃料电池阴极的出口气体通入干燥装置除水后通入气体采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏学哲，李司达，戴海峰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：