燃料电池测试夹具及其装配方法组成比例

本发明专利技术公开一种燃料电池测试夹具及其装配方法，所述装置包括：行走压紧机构、固定外框、上绝缘板、下绝缘板、集成集电板的双极板和导向燕尾槽板，所述行走压紧机构包括压台和定位头，行走压紧机构固定在固定外框上；所述上绝缘板固定在压台上，下绝缘板固定在固定外框上；所述集成集电板的双极板，包括集成集电板的上极板和下极板，所述集成集电板的上极板固定在上绝缘板中，集成集电板的下极板固定在下绝缘板中；所述导向燕尾槽板固定在固定外框上，压台嵌于导向燕尾槽板中。本发明专利技术解决电解质膜在导电率和单电池性能测试中的夹持问题，同时通过设计微调，使其成为通用型燃料电池电解质膜的导电率和单电池性能测试夹具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种新能源
的测试工具，尤其涉及低、中温燃料电池领域关于电解质膜的电导率和单电池性能的测试夹具，即。
技术介绍
燃料电池由于具有高的能量转换效率、绿色无污染、多元化能源等诸多优点，成为 21世纪重要的潜在新能源发展方向。燃料电池的核心部件是传导离子并隔绝电子的电解质膜，电解质膜的优劣直接影响燃料电池的输出性能。目前，低温燃料电池通常采用以美国杜邦公司的Nafionrp为代表的聚合物电解质膜。Nafionrp类聚合物质子膜有高质子电导率和良好化学稳定性，但也有成本高、水分子吸附导致溶胀、甲醇渗透率高、工作温度和湿度窗口窄等问题。为此，研究者相继开发了有机-无机复合电解质膜和无机电解质膜。在对电解质膜的性能评价中，膜电极(MEA)装配后的单电池性能测试最为关键。由于目前均以 Nafionrp作为测评对象，因此在对电解质膜的性能评价中仍沿用传统的单电池夹具来测试 (如专利US 2010/0196800 Al中图7所示结构)。此类测试夹具存在如下缺点1.电池装配复杂，体现在膜电极的对中和压紧密封上，并且使用较多(一般四个以上)紧固螺栓，导致装配费时；2.此类夹具在电池装配上依靠很高的预紧力来保证电池的密封和集电板的良好接触，然而在有机-无机复合电解质膜和无机电解质膜材料的单电池性能测试中，由于膜材料的差异，传统夹具难以控制电池密封和膜电极预紧力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种，旨在解决电解质膜在导电率和单电池性能测试中的夹持问题，同时通过设计微调，使其成为通用型燃料电池电解质膜的导电率和单电池性能测试夹具。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案本专利技术提供一种燃料电池测试夹具，包括行走压紧机构、固定外框、上绝缘板、下绝缘板、集成集电板的双极板(上、下极板)和导向燕尾槽板，所述行走压紧机构包括压台和定位头，行走压紧机构固定在固定外框上；所述上绝缘板固定在压台上，下绝缘板固定在固定外框上；所述集成集电板的上极板固定在上绝缘板中，集成集电板的下极板固定在下绝缘板中；所述导向燕尾槽板固定在固定外框上，压台嵌于导向燕尾槽板中。所述定位头包括平面轴承、轴用挡圈以及定位止动螺钉，所述平面轴承、定位止动螺钉设置在固定外框上，并通过轴用挡圈固定。所述上绝缘板包括上绝缘基板，所述上绝缘基板上设有绝缘板燕尾槽导向板，双极板定位孔，以及绝缘板导向燕尾槽。所述双极板，其中间设有双极板流场、密封槽，还设有与密封槽连通的进出孔道， 并且设有温度传感器孔、加热棒孔以及定位孔。所述行走压紧机构依靠小螺距(0.5mm机械丝杆或者更为精确的步进电机)来控制压力施加速度和大小，其压力大小可通过在集成集电板的上极板底部或集成集电板的下极板上部安装薄片式压力传感器来实现精密微调。为保证行走压紧机构在对电解质膜或者单电池膜电极的压制过程中始终保证垂直施压，对压台进行了燕尾槽导向配合处理。通过压台突出的燕尾槽滑块和固定在固定外框的燕尾槽配合，实现了压台的垂直升降。同时为了减小行走过程的摩擦力，对定位头和固定外框的接触处引入平面轴承等降低阻力措施。电解质膜的有效活化面积两侧对中通过上下绝缘板定位集成集电板的双极板来实现。绝缘板同时起到绝缘上下集电板和定位集成集电板的双极板的作用。其中上绝缘板采用燕尾槽结构或者其他类似配合结构以保证在压紧之前集成集电板的上极板可以悬空， 并且易于拆卸。所述集电板和双极板预先通过螺纹预紧配合，同时为了进一步增强集电板和双极板之间的接触，可通过对双极板和集电板进行增大有效接触面积(沟槽凸凹设计或者夹持软体导电材料)的方法来处理。对于不同的测试条件，只须对集成集电板的双极板在上下接触电解质膜或者单电池膜电极的表面进行对应的形状设计和处理。本专利技术还提供一种燃料电池测试夹具的装配方法，具体为第一步，将压紧行走机构定位头和压台和绝缘板分别固定在固定外框上。第二步，固定压台与绝缘板，同时将导向燕尾槽板固定在固定外框上。第三步，固定膜导电率或单电池性能测试用双极板与集电板。第四步，将集成集电板的上、下极板分别安放在上下绝缘板中并固定。第五步，将预先制备的膜电极或者电解质膜夹持在上下极板中。本专利技术的设计思路以及优点1.通过对上下极板的固定实现电解质膜和单电池膜电极上下之间有效面积的对中；2.通过对双极板和集电板的预先配合，降低了所需施加在单电池膜电极和电解质膜的预紧力；3.通过引入行走压紧机构(精密丝杆行走机构)和选配的压力传感器实现了单电池膜电极和电解质膜预紧力的精密微调和精确控制；4.省去了通常燃料电池单电池夹具所需要的紧固螺栓，节省装配时间。综合上述设计，实现了电池测试夹具的通用性和装配简单化。附图说明图1:本专利技术--实施例的总体结构示意图。图2:本专利技术--实施例中行走压紧机构、固定外框和上绝缘板装配示意图图3:本专利技术--实施例中上绝缘板、集电板、双极板装配示意图。图4:本专利技术--实施例中双极板与集电板之间的预紧配合示意图。图5:本专利技术--实施例中圆形流场双极板示意图。图6:本专利技术--实施例中方形流场双极板示意图。图中符号说明1定位头，Ι-a平面轴承，Ι-b轴用挡圈，1-c定位止动螺钉；2固定外框，3压台；4上绝缘板，4-a绝缘基板，4-b绝缘板燕尾槽导向板，4-c双极板定位孔，4-d绝缘板导向燕尾槽； 5集电板；6双极板，6-a双极板流场，6-b密封槽，6-c进出孔道，6_d温度传感器孔，6_e 加热棒孔，6-f定位孔；7下绝缘板；8外框燕尾槽导向板；9预紧套件。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本专利技术提供一种燃料电池测试夹具，包括行走压紧机构、固定外框 2、上绝缘板4、下绝缘板7、集成集电板5的双极板6和外框燕尾槽导向板8，所述行走压紧机构包括压台3和定位头1，行走压紧机构固定在固定外框2上；所述上绝缘板4固定在压台3上，下绝缘板7固定在固定外框2上；所述集成集电板5的双极板6，其中上级板固定在上绝缘板4中，下级板固定在下绝缘板7中；所述压台3与外框燕尾槽导向板8通过上绝缘板4上的燕尾槽配合。如图2所示，所述定位头1包括平面轴承、轴用挡圈以及定位止动螺钉，所述平面轴承、定位止动螺钉设置在固定外框2上，并通过轴用挡圈固定。如图3所示，所述上绝缘板4包括上绝缘基板4-a，所述上绝缘基板4_a上设有绝缘板燕尾槽导向板4-b，双极板6定位孔4-c以及绝缘板导向燕尾槽4-d。如图4所示，所述集电板5和双极板6预先通过预紧套件9 (螺纹预紧)配合，同时为了进一步增强集电板5和双极板6之间的接触，可通过对双极板6和集电板5进行增大有效接触面积(沟槽凸凹设计或者夹持软体导电材料)的方法来处理。对于不同的测试条件，只须对集成集电板5的双极板6在上下接触电解质膜或者单电池膜电极的表面进行对应的形状设计和处理。所述双极板6，其材质为碳、钛、不锈钢、镀金碳、镀金钛、镀金不锈钢。 所述集电板5，其材质为铜、不锈钢、钛、镀金铜、镀金不锈钢、镀金钛。如图5所示，为圆形流场双极板示意图，图中双极板6中间设有圆形流场6-a、密封槽6-b，双极板6上设有与密封槽6-b连通的进出本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种燃料电池测试夹具，其特征在于该夹具包括：行走压紧机构、固定外框、上绝缘板、下绝缘板、集成集电板的双极板和导向燕尾槽板，所述行走压紧机构包括压台和定位头，行走压紧机构固定在固定外框上；所述上绝缘板固定在压台上，下绝缘板固定在固定外框上；所述集成集电板的双极板包括集成集电板的上极板和下极板，所述集成集电板的上极板固定在上绝缘板中，集成集电板的下极板固定在下绝缘板中；所述导向燕尾槽板固定在固定外框上，压台嵌于导向燕尾槽板中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李海滨，邸志刚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31