一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法技术

本发明专利技术提供一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法，将电路板紧贴在燃料电池双极板的阴极侧，采集所述燃料电池阴极侧的电流信号，启动所述燃料电池，使所述燃料电池处于开路或运行状态，达到预设的电流密度后，在所述燃料电池阳极侧和阴极侧分别施加背压，保证所述阳极侧背压大于所述阴极侧背压，控制所述燃料电池的温度，逐渐增大所述阳极侧与所述阴极侧背压的差值，直至检测出局部负值电流密度，记录出现所述负值电流密度时所述阳极侧与所述阴极侧背压差值，根据公式计算针孔大小。本发明专利技术的技术方案解决了现有技术中的无法在线检测膜电极针孔大小的问题。法在线检测膜电极针孔大小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，尤其涉及一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法。

技术介绍

[0002]目前，燃料电池大规模应用所面临的两大挑战是寿命和成本问题，对于商用质子交换膜燃料电池的关键部件膜电极来说，耐久性是非常重要的。
[0003]膜电极上存在的针孔将会影响膜电极的耐久性，在膜电极的生产过程中以及燃料电池的组装过程中膜电极会出现意外损伤，出现针孔，而且大多数文献中均认为膜电极上出现针孔会导致氢气泄漏，存在安全问题，也是导致燃料电池性能急速下降的原因之一，因此，膜电极上针孔的检测对于燃料电池大规模应用是非常重要的。
[0004]已有的检测膜电极针孔方法只能在线检测膜电极是否存在针孔缺陷，或者拆卸电池才能确定针孔的位置及大小，在电池运行过程中无法检测针孔的大小。

技术实现思路

[0005]根据上述提出无法在线检测膜电极针孔大小的技术问题，而提供一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法。本专利技术主要利用在双极板阴极侧设置电路板，检测膜电极阴极侧的电流密度分布情况，通过记录出现负值电流密度时的背压差值，带入公式计算针孔的大小，可以在不拆卸燃料电池的情况下简单方便的得到膜电极上的针孔大小，适用于不同运行条件，便于在实际操作中应用。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种确定低温质子交换膜燃料电池堆部件中针孔大小的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将电路板紧贴在燃料电池双极板的阴极侧，采集所述燃料电池阴极侧的电流信号；
[0009]S2、启动所述燃料电池，使所述燃料电池处于开路或运行状态，达到预设的电流密度后，在所述燃料电池阳极侧和阴极侧分别施加背压，保证所述阳极侧背压大于所述阴极侧背压，控制所述燃料电池的温度；
[0010]S3、逐渐增大所述阳极侧与所述阴极侧背压的差值，直至检测出局部负值电流密度；
[0011]S4、记录出现所述负值电流密度时所述阳极侧与所述阴极侧背压差值为P
C
，根据公式计算针孔大小，所述公式如下：
[0012][0013]其中，P
C
为出现负值电流密度时阳极侧与阴极侧的背压差值；
[0014]σ为燃料电池运行时的温度函数，查阅相关技术文献明确温度与σ的对应函数值；
[0015]θ为水的接触角，不同的膜电极对应的水接触角不同，根据实际使用的膜电极来确
定；
[0016]r为所述针孔的半径。
[0017]进一步地，在步骤S2中，所述燃料电池在运行过程中的整体电流密度小于500mA/cm2。
[0018]进一步地，在步骤S2中，所述燃料电池在开路或运行过程中的温度为60～80℃。
[0019]进一步地，所述阳极侧氢气进气量化学计量比为1.5～2.5，所述阴极侧空气进气量化学计量比为2.5～3.5。
[0020]进一步地，在步骤S3中，所述阳极侧背压与所述阴极侧背压的差值为0.1～1.2bar。
[0021]进一步地，在步骤S2中，所述阳极侧与所述阴极侧的湿度为10％～100％。
[0022]进一步地，所述电路板为霍尔元件制造的PCB电路板，所述电路板全覆盖所述膜电极区域。
[0023]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]1、本专利技术提供的一种确定低温质子交换膜燃料电池堆部件中针孔大小的方法，通过在双极板阴极侧设置电路板，检测膜电极阴极侧的电流密度分布情况，通过记录出现负值电流密度时的背压差值，带入表面张力公式计算针孔的大小，可以简单方便的得到膜电极上的针孔大小，便于在实际操作中应用。
[0025]2、本专利技术提供的一种确定低温质子交换膜燃料电池堆部件中针孔大小的方法，通过在双极板阴极侧设置电路板，检测膜电极阴极侧的电流密度分布情况，可在不拆卸燃料电池的情况下得到膜电极针孔的大小，还可在燃料电池开路或运行的过程中，原位在线检测膜电极损伤的针孔大小，适用范围广。
[0026]基于上述理由本专利技术可在燃料电池等领域广泛推广。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例1中阳极侧背压0.1bar时燃料电池的电流密度分布图。
[0029]图2为本专利技术实施例1中阳极侧背压0.12bar时燃料电池的电流密度分布图。
[0030]图3为本专利技术实施例1中采用飞秒激光打孔法在膜电极上打孔的直径测试数据图。
[0031]图4为本专利技术实施例1中采用飞秒激光打孔法在膜电极上打孔后放入水中的直径测试数据图。
具体实施方式
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。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。
[0034]实施例1
[0035]本专利技术提供了一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法，具体步骤如下：
[0036]S1、将电路板(PCB)紧贴在燃料电池双极板的阴极侧，用于采集所述燃料电池阴极侧的电流信号，获得电流密度的分布情况；
[0037]S2、启动所述燃料电池，使所述燃料电池处于开路或运行状态，达到预设的电流密度后，在所述燃料电池阳极侧和阴极侧分别施加背压(背压是指出口处压力)，保证所述阳极侧背压大于所述阴极侧背压，控制所述燃料电池的温度；
[0038]S3、逐渐增大所述阳极侧与所述阴极侧背压的差值，直至检测出局部负值电流密度；
[0039]S4、记录出现所述负值电流密度时所述阳极侧与所述阴极侧背压差值为P
C
，根据公式计算针孔大小，所述公式如下：
[0040][0041]其中，P
C
为出现负值电流密度时阳极侧与阴极侧的背压差值；
[0042]σ为燃料电池运行时的温度函数，可查阅相关技术文献明确温度与σ的对应函数值，例如，温度为80℃时，温度函数σ为0.06268N/m；
[0043]θ为水的接触角，不同的膜电极对应的水接触角不同，可根据实际使用的膜电极来确定；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将电路板紧贴在燃料电池双极板的阴极侧，采集所述燃料电池阴极侧的电流信号；S2、启动所述燃料电池，使所述燃料电池处于开路或运行状态，达到预设的电流密度后，在所述燃料电池阳极侧和阴极侧分别施加背压，保证所述阳极侧背压大于所述阴极侧背压，控制所述燃料电池的温度；S3、逐渐增大所述阳极侧与所述阴极侧背压的差值，直至检测出局部负值电流密度；S4、记录出现所述负值电流密度时所述阳极侧与所述阴极侧背压差值为P
C
，根据公式计算针孔大小，所述公式如下：其中，P
C
为出现负值电流密度时阳极侧与阴极侧的背压差值；σ为燃料电池运行时的温度函数，查阅相关技术文献明确温度与σ的对应函数值；θ为水的接触角，不同的膜电极对应的水接触角不同，根据实际使用的膜电极来确定；r为所述针孔的半径。2.根据权利要求1所述的确定低温质子交换膜燃料电池部件中针孔大小的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，丁峰，
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：