CN101655540B - 直接甲醇燃料电池测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接甲醇燃料电池测试装置，包括左、右循环水腔，左、右循环水腔之间设置夹持质子交换膜或膜电极的左、右中间隔板，左、右循环水腔中分别设置与左、右中间隔板连接的左、右内室，左、右中间隔板上分别设置与左、右内室相通的开孔，左内室为电解质室，右内室为水室或是设有进气管和排气管的氧气室。本发明既能测量膜电极放电性能又能甲醇渗漏性。与燃料电池测试台配合使用，可测量膜电极的放电性能；与气相色谱仪配合使用，能方便的测量出质子交换膜的甲醇渗漏性。
Description
技术领域：
本发明涉及一种直接甲醇燃料电池测试装置。
背景技术：
直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)直接使用液体甲醇作燃料，除配备极其简单的甲醇存储器外，无需增设其它装置，甲醇燃料易于携带和更换，使用十分方便，因此，近十年来，对DMFC技术的开发和应用发展迅速，国内外许多高校、研究院所以及各大公司均对DMFC研究开发花费了巨大的人力与物力。研究的重点就是降低DMFC的成本，提高DMFC的性能，使其适合商业化应用。
目前直接甲醇燃料电池的发展还面临着一些难题，其中一个主要的难题就是在直接甲醇燃料电池中广泛采用的固体电解质膜是原来设计用于氢氧质子交换膜燃料电池中的Nafion膜，它具有明显的甲醇渗漏现象。甲醇直接穿透Nafion膜而流失，使甲醇燃料大量损失，甲醇到达阴极后发生反应，不仅会在阴极产生混合电位，降低电池输出电压，还会导致阴极催化剂中毒而大大缩短电池寿命。为此，国内外许多学者都致力于新型抗甲醇渗漏质子交换膜的研究，并取得了一定的成果。
新开发的质子交换膜在投入使用之前，有必要测量它的甲醇渗漏率。文献检索发现Verdrugge MW于1989年在Journal of theElectrochemical Society杂志第136期发表的文章中提出了利用示踪原子法测试室温条件下甲醇在质子交换膜中扩散系数的方法，但该方法对实验设备要求较高，操作复杂。Kauranen P S等人于1996年在Journal ofapplied electrochemistry杂志第26期发表的文章中提出了利用阳极峰电流对2个工作电极的时间响应中估算出甲醇在质子交换膜中渗漏率的方法，主要是通过检测阴极产生的CO2的浓度来估算的，由于部分甲醇在阴极并未发生反应而是直接随空气排出，造成检测的结果不准确。目前专门为测量甲醇渗漏性和膜电极性能而设计的测试装置在国内外未见相关报道。
直接甲醇燃料电池无论是从成本还是从技术层面上来说，膜电极都绝对是电池的核心。为了降低直接甲醇燃料电池的研究成本、缩短研究周期，新制备的膜电极在组装成单电池之前应对其放电性能进行测试，综合了解其发电性能，因此需要设计膜电极放电性能测试装置。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构合理，既能测量膜电极放电性能又能测量甲醇渗漏性的直接甲醇燃料电池测试装置。
本发明的技术解决方案是：
一种直接甲醇燃料电池测试装置，其特征是：包括左、右循环水腔，左、右循环水腔之间设置夹持质子交换膜或膜电极的左、右中间隔板，左、右循环水腔中分别设置与左、右中间隔板连接的左、右内室，左、右中间隔板上分别设置与左、右内室相通的开孔，左内室为电解质室，右内室为水室或是设有进气管和排气管的氧气室。
左右循环水腔的外壁、左右内室的壁及左右中间隔板所选用的基材是钢板、铜板、铝板、有机玻璃或聚四氟乙烯。
左右循环水腔的外壁表面、左右内室的壁表面及左右中间隔板的表面均设有耐腐蚀绝缘材料喷涂层。
耐腐蚀绝缘材料是聚四氟乙烯。
左、右中间隔板上分别设置的与左、右内室相通的开孔，是矩形孔。
本发明既能测量膜电极放电性能又能测量甲醇渗漏性。该装置与燃料电池测试台配合使用，可测量膜电极的放电性能；与气相色谱仪配合使用，能方便的测量出质子交换膜的甲醇渗漏性。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个实施例的结构示图。
图2是图1的A-A视图。
图3是图1中左半部透视图。
图4是测量质子交换膜的甲醇渗漏性示图。
具体实施方式：
实施例1：
测试装置的总体结构如图所示，主要包括密封圈1、盖子2、左右中间隔板3、左内室(即电解质室)4、左右循环水腔5、外壁6、内壁7、进水管接头8、带有进气管9和排气管10的盖子、隔板矩形孔11、螺栓12、右内室(即氧气室)13和出水管接头14等。本装置所选用的左右循环水腔的外壁、左右内室的壁及左右中间隔板基材可以是钢板、铜板或铝板等金属板材，也可以是具有一定强度有机玻璃、PTFE等非金属板材，采用焊接、粘接或铆接等工艺进行联接，联接成型后在板材表面喷涂聚四氟乙烯(PTFE)或其他耐腐蚀绝缘材料，喷涂厚度在0.01～2mm，喷涂的PTFE起绝缘和防止腐蚀的作用。考虑到温度对性能测试的影响，本装置设计了循环水腔5，循环水从进水管接头8进水，从出水管接头14排水，充分进行热交换，保证所需要的温度环境。电解质室4用来盛放电解质，当测试膜电极性能时，氧气室13中通入空气或氧气。隔板3的主要作用是夹持质子交换膜或膜电极，隔板中间开有矩形孔11。电解质室上盖有盖子2，盖子上带有密封圈1，保证电解质腔的密封性。
具体结构还包括：左、右循环水腔之间设置夹持质子交换膜或膜电极的左、右中间隔板3，左、右循环水腔中分别设置与左、右中间隔板连接的左、右内室，左、右中间隔板上分别设置与左、右内室相通的矩形孔11。
在测试膜电极放电性能过程中，同样将膜电极夹于两测试装置的隔板之间，从膜电极两侧各引出一根导线，选用改性PTFE软垫、硅胶垫或橡胶垫作密封垫进行密封，采用螺栓联接夹紧待测膜电极。在测试装置的电解质室中加入所需浓度的甲醇硫酸溶液，溶液高度应高于隔板矩形孔的上边，氧气室用带有进、排气管的盖子盖紧，通入所需压力的氧气或空气，如需测试自呼吸条件下膜电极的放电性能，只需将盖子取下，让阴极裸露在空气中即可。将膜电极两侧的引线连接到燃料电池测试台，即可测量膜电极的放电性能。同样，当测试室温下膜电极的性能时，循环水腔中不需通循环水，如果需要测试高温下膜电极的性能时，在循环水腔中通入所需温度的循环水即可。
实施例2：
甲醇对质子交换膜渗漏性的测量：
在进行试验之前应检查装置的密闭性，用薄玻片代替质子交换膜，将薄玻片夹持在两隔板中间，在电解质室中加入所需浓度的甲醇溶液，在右内室中加入纯水(盛水室)，两小时之后采用气象色谱仪检测纯水中的甲醇浓度，若检测不出甲醇，说明测试装置密封性能良好，可以使用。在测试质子交换膜的甲醇渗漏性时，将处理过的质子交换膜17夹持于测试装置的左右隔板之间，选用改性PTFE软垫、硅胶垫或橡胶垫作密封垫18进行密封，采用螺栓联接夹紧待测质子交换膜。在电解质室中加入所需浓度的甲醇溶液16，在右内室中加入纯水，水面高度与甲醇溶液相等，两侧溶液高度应高出隔板矩形孔的上边。利用气相色谱仪每间隔一段时间测量一次纯水中的甲醇浓度，进而计算出甲醇透过系数，并依此评价膜的甲醇渗漏性。当测试室温下膜的渗透率时，循环水腔中不需通循环水，如果需要测试高温下膜的渗漏率时，在循环水腔中通入所需温度的循环水15即可。图中还有右内室盖子19，其余结构同实施例1。
Claims (5)
1.一种直接甲醇燃料电池测试装置，其特征是：包括左、右循环水腔，左、右循环水腔之间设置夹持质子交换膜或膜电极的左、右中间隔板，左、右循环水腔中分别设置与左、右中间隔板连接的左、右内室，左、右中间隔板上分别设置与左、右内室相通的开孔，左内室为电解质室，右内室为水室或是设有进气管和排气管的氧气室。
2.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池测试装置，其特征是：左、右循环水腔的外壁、左、右内室的壁及左、右中间隔板所选用的基材是钢板、铜板、铝板、有机玻璃或聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池测试装置，其特征是：左、右循环水腔的外壁表面、左、右内室的壁表面及左、右中间隔板的表面均设有耐腐蚀绝缘材料喷涂层。
4.根据权利要求3所述的直接甲醇燃料电池测试装置，其特征是：耐腐蚀绝缘材料是聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的直接甲醇燃料电池测试装置，其特征是：左、右中间隔板上分别设置的与左、右内室相通的开孔，是矩形孔。
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