【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解水制氢，尤其是涉及一种多功能质子交换膜电解槽测试台架。
技术介绍
1、氢能目前是世界上最为理想的能量载体和清洁能源提供者之一，被誉为21世纪的终极能源。利用可再生能源电解水制氢，可以将电能转变为氢能，最终运用到交通、储运、建筑等领域。其中质子交换膜电解制氢技术(pemec)相对于碱性电解水技术来说具有电流密度大、动态响应快以及制氢效率高等优点，被认为是利用可再生能源电解水制氢的优质技术。然而，目前质子交换膜电解制氢
成本较高，技术并未成熟，阻碍了其产业化推广。为了进一步促进质子交换膜电解制氢技术产业化，需要实现关键材料与核心技术自主化。
2、对质子交换膜电解槽的性能测试是电解制氢研究中不可缺少的环节，基本测试有极化曲线测试以及动态工况测试，目前市面上的台架基本具备这两项测试功能。但是，为了充分了解质子交换膜电解槽工作机制和衰退原理，需要进行更丰富的测试内容，比如：电化学阻抗谱测试，能够解析电解槽内部不同电化学过程，从而可推断出电解槽内部关键状态，如质子传输速率、电荷转移损失、气体扩散过程等，可用于电解槽状态评估与故障诊断；电流分区测试，能够解析电解槽电流密度分布和温度分布情况，从而可推断出电解槽电解液分布。但是，目前市场上的产品不能实现上述功能，仅仅通过电流、电压等数据难以判断电解槽性能变化的原因，因此急需一种集成上述功能的质子交换膜电解槽测试台架。
3、专利公开号cn111600050a公开了一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架，空气供应模块，用于燃料电池空气流量、压力控制；氢气
技术实现思路
1、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多功能质子交换膜电解槽测试台架，除了具备基础的电解槽水热管理、电压监测及极化曲线测试等功能外，增加了电化学阻抗模块和分区测试模块。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，用于电解槽中电解反应过程的多功能测试，包括：
4、电源模块，用于给电解槽供电；
5、供水及热管理模块，用于给所述电解槽的电解液提供、温度控制、流量控制；
6、气液分离模块，用于所述电解槽气液分离、气体冷却、阴阳极压力控制及气体流量测量；
7、气体纯化与干燥模块，用于所述电解槽中氢气纯化、干燥以及氢中氧、氧中氢含量测量；
8、电化学阻抗模块，用于所述电解槽电化学阻抗测量，包括激励单元和计算单元，激励单元由电路元器件组成，用于产生直流偏置电流与交流激励电流，激励电流与偏置电流进行叠加，共同施加到电解槽中，计算单元根据采集的高频电流和电压数据，利用快速傅里叶变化、小波变化或s变化信号处理办法，实现不同频率下的阻抗计算，用于所述电解槽的状态评估与故障诊断，在所述电化学阻抗测量模块工作时，断开所述电源模块与电解槽之间的电线连接，保持电化学阻抗模块与电解槽的连接，以保证阻抗测量的准确；
9、分区测试模块，用于测试所述电解槽的分布电流密度与温度，包括印刷电路板、微型热电偶、灵敏电阻、数据采集线束，其中印刷电路板用于分割成相互绝缘的分区，微型热电偶用于反推计算电解槽的温度，电流通过灵敏电阻会产生一定压降用于计算电流大小，数据采集线束用于采集分布电流与温度信号；
10、集成控制模块，用于测试台架控制、数据采集、分析处理、安全保护和通讯。
11、进一步的，所述电解槽中的电解液为去离子水。
12、进一步的，所述供水及热管理模块包括：
13、用于所述去离子水制取和储存的制水储水单元；
14、用于所述电解液流量测量及控制的电解液流量控制单元；
15、用于所述电解液中杂质颗粒过滤的过滤单元；
16、用于所述制水储水单元中电解液温度控制的电解液温度控制单元；
17、用于所述制水储水单元中电解液温度测量的温度传感器一；
18、以及用于所述电解液电导率测量的电导率检测仪。
19、更进一步的，所述电解液流量控制单元包括加热器与散热器。
20、进一步的，所述气液分离模块包括：
21、用于所述电解槽中电解反应过程中产生的气体与所述电解液的混合物的分离的气液分离单元；
22、用于所述气液分离单元中液体冷却的液体冷却单元，包括液体冷却器；
23、用于所述气液分离单元中气体冷却的气体冷却单元，包括气体冷却器；
24、用于所述气液分离单元中压力测量和显示的压力测量单元，包括压力传感器和压力表；
25、用于控制所述电解槽中阴阳极板压力并调整所述气液分离单元压力的压力调节单元，包括调节阀；
26、用于所述气液分离单元中电解液温度测量的温度传感器二；
27、用于所述气液分离单元中气体流量测量的气体流量计；
28、用于所述气液分离单元管路中液滴捕捉的捕滴器。
29、进一步的，所述气体纯化与干燥模块包括：
30、用于所述气液分离单元中分离气体干燥的气体干燥单元；
31、用于所述气液分离单元中分离气体中氢气纯化的氢气纯化单元，包括氢气纯化器；
32、用于所述氢气露点测量的露点仪；
33、用于所述电解槽的阳极一侧氧中氢含量测量的氧中氢分析仪；
34、用于所述电解槽的阴极一侧氢中氧含量测量的氢中氧分析仪。
35、进一步的，分区测试模块包括印刷电路板、微型热电偶、灵敏电阻、数据采集线束，印刷电路板可分割成相互绝缘的分区，微型热电偶用于反推计算电解槽的温度。
36、进一步的，所述集成控制模块包括：
37、用于所述测试台架控制、执行的总体测试控制单元，包括输入电流、控制电解液温度、流量、气体背压及阀门开关；
38、用于各个模块数据及信号采集的数据采集单元，包括采集测试台架中的气体背压、温度信号、氧中氢含量、氢中氧含量，采集电解槽端电压、反应电流数据用于阻抗计算，采集分区测试模块中的电信号用于电流密度和温度分布计算；
39、用于各个模块数据及信号分析处理的分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，用于电解槽中电解反应过程的多功能测试，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述电解槽中的电解液为去离子水。
3.根据权利要求2所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述供水及热管理模块包括：
4.根据权利要求3所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述电解液流量控制单元包括加热器与散热器。
5.根据权利要求3所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述制水储水单元为去离子柱和水箱。
6.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述气液分离模块包括：
7.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述气体纯化与干燥模块包括：
8.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述集成控制模块包括：
9.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述
10.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述电解槽和电源模块、电化学阻抗模块、分区测试模块通过电线连接，所述供水及热管理模块和电源模块、气液分离模块通过电线连接，所述集成控制模块和气液分离模块、气体纯化与干燥模块、分区测试模块通过电线连接，所述分区测试模块和电化学阻抗模块通过电线连接。
...【技术特征摘要】
1.一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，用于电解槽中电解反应过程的多功能测试，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述电解槽中的电解液为去离子水。
3.根据权利要求2所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述供水及热管理模块包括：
4.根据权利要求3所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述电解液流量控制单元包括加热器与散热器。
5.根据权利要求3所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述制水储水单元为去离子柱和水箱。
6.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电解槽测试台架，其特征在于，所述气液分离模块包括：
7.根据权利要求1所述的一种多功能质子交换膜电...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴明，朱建功，张浩宇，王濡翼，戴海峰，魏学哲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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