一种甲醇浓度传感器制造技术

本发明专利技术提供一种甲醇浓度传感器，包括：电极装置，温度传感器和电子控制板；所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。所述甲醇浓度传感器可以浸入到甲醇溶液中，因此其稳定性好。另外，其结构简单，体积小，有利于应用于体积较小的甲醇燃料电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及甲醇浓度传感器。
技术介绍
甲醇浓度传感器主要用于检测和控制甲醇燃料电池中的甲醇浓度，以保证甲醇燃料电池在合理的甲醇浓度范围内工作。甲醇燃料电池对甲醇的浓度具有较高的要求，使用高浓度的甲醇溶液，容易产生严重的甲醇渗透问题。发生甲醇渗透不仅会给阴极带来混合电势，降低电池的输出电压，还会带来电池寿命下降，燃料利用率低及运行时间短等问题。因此，只有保持电池中甲醇浓度处于合理的浓度范围，才能保证电池具有较高的电化学性能，这就需要采用浓度传感器来监测并调节甲醇的浓度。现有技术中提供了多种甲醇浓度的检测方法，主要包括物理法和化学法。如Hengbing Zhao 等人在 “Journal of Power Sources 159 (2006) 626-636” 中介绍 了基于密度，电容，粘度，声速，红外，折光指数，热容，温升等现象的传感器。谢静宜等(化学学报Vol. 65，2007第6期，532 536)测量了气体甲醇存在时的催化荧光现象；C. ff. Lin等在“Materials Chemistry and Physics 55,1998,139-144” 中在招基材上使用金电极和聚批咯等材料做成膜状传感器，通过测量甲醇存在时的膜电阻变化来得到甲醇浓度；Ky0ngS00Lee等在“CARBON 49(2011)787-792”中使用碳纳米管和Nafion制成传感器，也是测量电阻的变化；J. K. Srivastava 等在 “Journal of Natural Gas Chemistry20 (2011) 179-183，，中使用氧化铅掺杂的氧化锡薄膜做传感器；M. mabrook等在“Sensors and actuators, B75(2001) 197，202”中使用二氧化钛-聚偏氟乙烯复合膜，也都是通过测量电阻或电流来得到浓度信息。在燃料电池领域，采用基于质子交换膜电极(MEA)的甲醇浓度传感器具有更好的实用性及针对性。孙维等人在“Journal of PowerSources 162 (2006) 1115 - 1121”中介绍了一种脉冲式甲醇浓度传感器，通过在两个膜电极的阴极和阳极之间施加脉冲式电压来检测甲醇的浓度。但是，这种脉冲式甲醇浓度传感器必须具备脉冲发射装置，结构复杂，体积大。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种甲醇浓度传感器，结构简单，体积小。本专利技术提供了一种甲醇浓度传感器，包括电极装置，温度传感器和电子控制板；所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。优选的，所述质子交换膜电极的有效面积为O. 2 2cm2。优选的，所述质子交换膜电极与阳极导电支撑流场板之间还包括密封边框。优选的，所述质子交换膜电极与阴极导电支撑流场板之间还包括密封边框。优选的，所述阴极扩散层为碳纸或碳布。优选的，所述阳极扩散层为碳纸或碳布。优选的，所述阴极催化剂层的催化剂为钼黑，钼黑的用量为疒8mg/cm2。 优选的，所述阳极催化剂层的催化剂为钼钌黑，钼钌黑的用量为疒8mg/cm2。优选的，所述阳极导电支撑流场板上具有朝向质子交换膜电极的点状流场，点状流场外围绕有气体溢出通道。优选的，所述阴极导电支撑流场板上具有条形流场。与现有技术相比，本专利技术的甲醇浓度传感器包括电极装置、温度传感器和电子控制板，所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。本专利技术的甲醇浓度传感器是利用电化学检测法检测甲醇浓度的。电子控制板对电极装置施加电压，当甲醇存在时，甲醇将渗透过质子交换膜电极的阴极和质子交换膜，到达阳极，并在阳极催化剂作用下被氧化，放出二氧化碳，给出氧化电流，同时生成的质子通过质子交换膜返回到阴极，在阴极还原成氢气。在此过程中，阳极产生的氧化电流以及溶液的温度可以被电子控制板读取，然后通过比对预置的氧化电流值与甲醇浓度及环境温度的关系曲线，输出代表甲醇浓度的控制电流或控制电压。由于本专利技术的甲醇浓度传感器可以浸入到甲醇溶液中，通过氧化电流、温度和甲醇浓度三者的关系，得到甲醇浓度，因此其稳定性好。另外，其结构简单，体积小，有利于应用于体积较小的甲醇燃料电池。附图说明图1为本专利技术质子交换膜电极的结构示意图；图2为本专利技术提供的甲醇浓度传感器的结构示意图；图3为本专利技术电极装置的分解结构图；图4为本专利技术实施例1提供的甲醇浓度传感器在不同温度和甲醇浓度下的工作曲线。具体实施例方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种甲醇浓度传感器，包括电极装置，温度传感器和电子控制板；所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。按照本专利技术，电极装置包括质子交换膜电极，置于质子交换膜电极一侧的阳极导电支撑流场板和置于质子交换膜电极另一侧的阴极导电支撑流场板。按照本专利技术，电极装置中，质子交换膜电极如图1所示，图1为本专利技术质子交换膜电极的结构示意图，所述质子交换膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层101、阴极催化剂层102、质子交换膜103、阳极催化剂层104和阳极扩散层105。所述阳极扩散层和阴极扩散 层优选为碳纸或碳布。所述阳极催化剂层的催化剂优选为钼黑，钼黑的用量优选为2 8mg/cm2，更优选为r5mg/cm2。所述阳极催化剂层的催化剂优选为钼钌黑，钼钌黑的用量优选为2 8mg/cm2,更优选为4 5mg/cm2。所述质子交换膜优选为全氟磺酸质子交换膜。所述质子交换膜电极的有效面积优选为O. 2 2cm2，更优选为O. 8^1. 5cm2。按照本专利技术，电极装置中，阳极导电支撑流场板置于质子交换膜的一侧，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板上优选具有朝向质子交换膜电极的点状流场，点状流场外围绕有气体溢出通道，所述气体溢出通道延伸至阳极导电支撑板边缘，可与外界相通，所述气体溢出通道的宽度优选为O. 5 1_。所述阳极导电支撑流场板优选为石墨板。为保证电极装置的密封性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲醇浓度传感器，包括:电极装置，温度传感器和电子控制板；所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢巍，廖建辉，李晨阳，张玉微，严亮，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：