CN104303350B - 设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及设备和方法，所述设备和方法用于评估膜电极组件的质量。

Description

设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年4月17日提交的美国临时专利申请No.61/625,220的权益，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
背景技术
用于燃料电池膜电极组件(MEA)的质量控制测试的方法包括在非连续的“一次一个”的基础上利用独立固定物来测量离散MEA部件电阻的那些。测试通过一个系统来运行，所述系统将单个MEA压缩在两个导电板之间并且向离散MEA施加电压。所述工序是相对耗时的，并且每个MEA通常需要一分钟以上，以及对相对脆弱和昂贵MEA增加了另外处理。希望的是减少处理步骤的数量，并且因此减少对MEA发生的潜在磨屑或损坏。随着新方法发展用于以连续工艺制造MEA，还有利的是对制造运行在线质量控制措施。
发明内容
在一个方面，本发明描述了一种设备，所述设备包括：
第一对齐辊对和第二对齐辊对，所述第一对齐辊对和第二对齐辊对中的每一对具有在一对辊的辊之间的辊隙，其中第一辊对和第二辊对各自被构造成电激励通过辊隙的幅材并且被构造成测量被激励幅材的电特性，并且所述辊各自彼此电绝缘且与所述设备电绝缘；以及
处理单元，所述处理单元被构造成至少分析所测量的电特性。
在另一个方面，本发明描述了一种评估膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供幅材，所述幅材包括各自具有厚度的多个不同膜电极组件；
将第一电压施加在幅材的第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间段之后，将第二电压施加在第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷；
确定第一充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。关于第二(和另外的)膜电极组件，所述方法还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将总电品质因子与预定质量值进行比较以评估膜电极组件的质量。
在另一方面，本发明描述了一种评估至少一个膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供第一膜电极组件，所述第一膜电极组件具有厚度；
在使第一膜电极组件通过第一对辊的辊隙时，将第一电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间段之后，在使第一膜电极组件通过第二对辊的辊隙时，将第二电压施加在第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。关于第二(和另外的)膜电极组件，所述方法还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。
在另一方面，本发明描述了一种评估至少一个膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供第一膜电极组件，所述第一膜电极组件具有厚度；
将第一电压施加在第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷管线；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间段之后，将第二电压施加在第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷管线；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。关于第二(和另外的)膜电极组件，所述方法还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将总电品质因子与预定质量值进行比较以评估膜电极组件的质量。
在本专利申请中：
“电品质因子”是指用于表征燃料电池膜电极组件的质量的电方面的一组测量值或计算值。
“膜电极组件”是指包括膜、阳极和阴极电极层和气体扩散层的燃料电池材料的层状夹层。
本文所描述的用于评估膜电极组件的质量的方法的优点包括增加部件吞吐率、减少部件损坏的概率，和相比于独立单个部件测试仪的验证效率。本文所描述的用于评估MEA的质量的方法被视为或一般被视为非破坏性测试。所述方法可以是可用于例如验证数据，所述数据在MEA的电阻测试值与实际叠堆测试数据之间已直接相关联。所述相关性可有助于在组装成叠堆(其中其被固定并且置换极其昂贵)之前预测MEA质量(例如，合格的或不合格的)。因为MEA的叠堆仅和最坏MEA一样，所以识别和移除差质量或缺陷部件的能力有利地影响叠堆的稳健性和耐久性。
附图说明
图1是可用于评估至少一个膜电极组件的质量的本文所述的示例性设备的示意图。
图2是根据图1的辊对的更详细示意图。
图3是实例1的代表性MEA样品的数据图示。
图4是实例2的代表性MEA样品的数据图示。
图5是实例3的代表性MEA样品的数据图示。
图6是实例4的代表性MEA样品的数据图示。
图7是实例5的代表性MEA样品的数据图示。
图8是实例6的代表性MEA样品的数据图示。
图9是实例7的代表性MEA样品的数据图示。
具体实施方式
参考图1，将本文所述的示例性设备示出是可用于评估膜电极组件(MEA)的质量。设备100具有带有第一对齐辊对和第二对齐辊对104、106的框架102，第一对齐辊对和第二对齐辊对104、106各自具有辊的辊对104、106之间的辊隙108、110。辊对104、106各自被构造成电激励幅材(120)，其中膜电极组件(122)穿过辊隙108、110。如图所示，辊的外表面105a、105b、107a、107b可包括金。辊对被分离开距离124。被激励膜电极组件的期望电特性由得自一个或多个传感器(未示出)的至少一个测量值来测量或确定，所述传感器是辊104A或104B和106A或106B的一部分或在其附近。处理单元(例如，配备有通信和数据采集软件和数学分析能力的计算机)112被构造成至少分析所测量的电特性。另选的测量系统和处理单元包括专用微控制器，所述专用微控制器利用检测所得电流或电压的模数转换器和利用相关联存储器、通信能力和“合格/失败”输出指示器控制模拟电压或电流。
所述设备的部件可由本领域已知的材料制成，并且这些部件在阅读下文的即时公开(包括实例)之后对本领域技术人员将显而易见。例如，框架、辊和设备的相关联硬件可由金属例如(例如，铝或钢)制成。在一些实施例中，用于接触幅材或膜电极组件的辊的外表面可包括铬、金、镍、钯、铑或银中的至少一者。虽然金通常提供优异的电导系数和对MEA的接触电阻，但是其它材料可改善辊的外表面的稳健性。通常，施加于MEA上的间隙间距和压力足以压缩可压缩气体扩散层以提供MEA和辊之间的良好电接触。在一些实施例中，施加于MEA上的期望压力在约35kPa至275kPa(5psi至40psi)(在一些实施例中，140kPa至210kPa(20psi至30psi))的范围内，但特定MEA和组件布置的期望压力可在这些范围之外。
辊隙可具有固定间隙或施加固定压力。辊隙间隙108、110由MEA的厚度来确定。可替代地，例如，可将辊隙压力用于设定辊隙两端的恒定负荷。
通常，辊对被构造成提供与相应辊对的旋转轴线平行的电荷管线。电荷管线可由旋转辊对的辊隙来提供，其中随着MEA的有源区域(active region)通过辊隙，电荷从一个辊穿过MEA被传送至第二辊。利用所述方法，可评估离散MEA部件或连续幅材上的多个MEA部件。通常，每个辊彼此电绝缘且与设备电绝缘。辊与设备的底座和每个其它部件的隔离提供了更期望的电测量。虽然不想受理论束缚，但拒信，所述隔离将小DC测量信号和测量返回信号与较大底座电流(电噪音)分离，所述较大底座电流由于电机驱动和其相关联控制而可以是存在的。该隔离可例如通过电绝缘轴承、隔离电机轴、辊的外覆盖物与辊芯的电隔离等的组合来提供。
在一些实施例中，与相应辊对的旋转轴线平行的电荷管线独立地具有至少15cm(在一些实施例中，在15cm至75cm或甚至25cm至50cm的范围内)的长度。通常，每个膜电极组件具有平行于辊的相应轴线的宽度，并且电荷管线中的每一个大于膜电极组件的宽度。
在一些实施例中，一对辊之间的距离是至少25cm(在一些实施例中，在25cm至50cm的范围内)。分离的范围对于适应不同部件尺寸是必要的。不同应用可从不同部件尺寸获益。
在一些实施例中，可存在第三或第四或更多对的辊。
通常，将电压或电流施加于一组辊的辊的两端上。第一施加电压或电流不小于(包括在一些实施例中大于)第二电压或电流，然而，在一些实施例中，第一施加电压或电流不大于第二电压或电流。第一电压或电流可利用常规装置施加于第一辊对上的辊，所述常规装置诸如可购自俄亥俄州克利夫兰的吉时利仪器公司(Keithley Instruments，Cleveland，OH)(商品名称为“KEITHLEY SERIES 2400 DIGITAL SOURCEMETERINSTRUMENT”)。将第一对的其它辊连接至电压或电流施加装置上的返回电路。使该测量电路与测量系统的基座电隔离。
在一些实施例中，电特性(例如电品质因子)是电压、电流、电阻和/或电荷。在一些实施例中，所测量的电特性是(时间索引)数值阵列(例如，电压和电流)，其它品质因子(诸如，电荷和电阻)可由所述数值阵列来计算或以其它方式确定。所使用的品质因子的选择取决于MEA的类型。
本公开范围还涵盖通过施加高于预充电辊隙两端的电压的测量辊隙两端的电压从而确保不过度激励MEA来辨别期望MEA和非期望MEA。
通常，第一和第二时间段之间的时间差值不大于5秒(在0.25秒至5秒的范围内)，但更短或更长时间也是可用的，并且可取决于例如，特定过程或质量需求、正评估的材料、辊隙间距、辊隙压力、MEA速度，等等。
本文所描述的用于评估膜电极组件的质量的方法的优点包括增加部件吞吐率、减少部件损坏的概率，和相比于独立离散部件测试仪的验证效率。本文所描述的用于评估MEA的质量的方法一般被视为非破坏性测试。所述方法可用于例如验证：数据在MEA的电阻测试值和实际叠堆测试数据之间已直接相关。所述相关性可有助于在组装成叠堆(其中其被固定并且置换极其昂贵)之前预测MEA质量(例如，合格的或不合格的)。因为MEA的叠堆仅和最坏MEA一样，所以识别和移除不合格部件的能力可有利地影响叠堆的稳健性和耐久性。
示例性实施例
1A.一种设备，包括：
第一对齐辊对和第二对齐辊对，所述第一对齐辊对和第二对齐辊对各自具有在一对辊的辊之间的辊隙，其中所述第一辊对和第二辊对中的每一对被构造成电激励通过所述辊隙的幅材的一部分并且被构造成测量被激励幅材的电特性，并且所述辊各自彼此电绝缘且与所述设备电绝缘；以及
处理单元，所述处理单元被构造成至少分析所测量的电特性。
2A.根据实施例1A所述的设备，其中所述辊隙具有固定间隙。
3A.根据实施例1A所述的设备，其中所述辊隙施加固定压力。
4A.根据前述实施例A中任一项所述的设备，其中所述第一辊对和第二辊对相隔至少10cm(在一些实施例中，至少15cm、20cm，或甚至至少25cm；在一些实施例中，在10cm至50cm、15cm至50cm，或甚至25cm至50cm的范围内)。
5A.根据前述实施例A中任一项所述的设备，其中所述第一辊对和第二辊对中的每一对具有平行的旋转轴线，并且被构造成电激励通过所述辊隙的幅材的一部分的所述第一辊对和第二辊对被构造成提供与相应辊对的旋转轴线平行的电荷管线。
6A.根据实施例5A所述的设备，其中与相应辊对的旋转轴线平行的所述电荷管线独立地具有至少15cm(在一些实施例中，在15至75cm或甚至25cm至50cm的范围内)的长度。
7A.根据前述实施例A中任一项所述的设备，其中所述辊具有用于接触幅材的外表面，所述外表面包括铬、金、镍、钯、铑或银中的至少一者。
8A.根据前述实施例A中任一项所述的设备，其中所测量的电特性是值的阵列。
9A.根据前述实施例A中任一项所述的设备，其中所测量的电特性是电压。
10A.根据实施例1A至8A中任一项所述的设备，其中所测量的电特性是电流。
11A.根据实施例1A至8A所述的设备，其中所测量的电特性是电压和电流两者。
1B.一种评估膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供幅材，所述幅材包括各自具有厚度的多个不同膜电极组件，
将第一电压施加在所述幅材的第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在所述第一时间段之后，将第二电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷；
确定第一充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。
2B.根据实施例1B所述的方法，其中在使所述幅材通过第一对辊的辊隙时，将所述第一电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上。
3B.根据实施例2B所述的设备，其中所述辊隙具有固定间隙。
4B.根据实施例2B所述的设备，其中所述辊隙施加固定压力。
5B.根据前述实施例B中任一项所述的方法，其中在使所述幅材通过第二对辊的辊隙时，将所述第二电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上。
6B.根据实施例4B所述的方法，其中所述第一辊对和第二辊对中的每一对具有平行的旋转轴线，并且所述电荷中的每一个被施加在相应辊对的旋转轴线平行的管线中。
7B.根据实施例4B所述的方法，其中所述膜电极组件各自具有平行于辊的相应轴线的宽度，并且所述电荷管线中的每一个大于所述膜电极组件的宽度。
8B.根据实施例6B或7B中任一项所述的方法，其中所述电荷管线独立地具有至少15cm(在一些实施例中，在15至75cm或甚至25cm至50cm的范围内)的长度。
9B.根据实施例6B至8B中任一项所述的设备，其中所述第一辊对和第二辊对相隔至少25cm(在一些实施例中，在25cm至50cm的范围内)。
10B.根据实施例6B至9B中任一项所述的方法，其中所述辊具有接触所述膜电极组件的外表面，并且所述外表面包括铬、金、镍、钯、铑或银中的一者。
11B.根据前述实施例B中任一项所述的方法，还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在所述第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。
12B.根据前述实施例B中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是在所述第一时间段期间确定的值的阵列，并且所述第二电品质因子是在所述第二时间段期间确定的值的阵列。
13B.根据前述实施例B中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是电压并且所述第二电品质因子是电压。
14B.根据前述实施例1B至12B中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是电流并且所述第二电品质因子是电流。
15B.根据实施例1B至12B所述的设备，其中所述第一电品质因子是电压和电流两者并且所述第二电品质因子是电压和电流两者。
16B.根据前述实施例B中任一项所述的方法，其中所述第一和第二时间段之间的时间差值不大于5秒(在0.25秒至5秒的范围内)。
17B.根据前述实施例B中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压不小于所述第二电压。
18B.根据实施例1B至16B中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压不大于所述第二电压。
1C.一种评估至少一个膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供具有厚度的第一膜电极组件；
在使所述第一膜电极组件通过第一对辊的辊隙时，将第一电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在所述第一时间段之后，在使所述第一膜电极组件通过第二对辊的辊隙时，将第二电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。
2C.根据实施例1C所述的设备，其中所述辊隙具有固定间隙。
3C.根据实施例1C所述的设备，其中所述辊隙施加固定压力。
4C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，其中所述第一辊对和第二辊对中的每一对具有平行的旋转轴线，并且所述电荷中的每一个被施加在相应辊对的旋转轴线平行的管线中。
5C.根据实施例4C所述的方法，其中所述膜电极组件各自具有平行于辊的相应轴线的宽度，并且所述电荷管线中的每一个大于所述膜电极组件的宽度。
6C.根据实施例4C或5C中任一项所述的方法，其中所述电荷管线独立地具有至少15cm(在一些实施例中，在15cm至75cm或甚至25cm至50cm的范围内)的长度。
7C.根据前述实施例C中任一项所述的设备，其中所述第一辊对和第二辊对相隔至少25cm(在一些实施例中，在25cm至50cm的范围内)。
8C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，其中所述辊具有接触所述第一膜电极组件的外表面，并且所述外表面包括铬、金、镍、钯、铑或银中的一者。
9C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在所述第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述第二膜电极组件的所述质量。
10C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是在所述第一时间段期间确定的值的阵列，并且所述第二电品质因子是在所述第二时间段期间确定的值的阵列。
11C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是电压并且所述第二电品质因子是电压。
12C.根据前述实施例1C至10C中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是电流并且所述第二电品质因子是电流。
13C.根据实施例1C至10C所述的设备，其中所述第一电品质因子是电压和电流两者并且所述第二电品质因子是电压和电流两者。
14C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，其中所述第一和第二时间段之间的时间差值不大于5秒(在0.25秒至5秒的范围内)。
15C.根据前述实施例C中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压不小于所述第二电压。
16C.根据实施例1C至14C中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压不大于所述第二电压。
1D.一种评估至少一个膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供第一膜电极组件，所述第一膜电极组件具有厚度，
将第一电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷管线；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在所述第一时间段之后，将第二电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷管线；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。
2D.根据实施例1D所述的设备，其中所述辊隙具有固定间隙。
3D.根据实施例1D所述的设备，其中所述辊隙施加固定压力。
4D.根据实施例2D或3D中任一项所述的方法，其中所述电荷管线通过在使所述第一膜电极组件通过第二对辊的辊隙时将所述第二电压施加在所述第二膜电极组件的厚度的两端上来提供。
5D.根据实施例4D所述的方法，其中所述第一膜电极组件具有平行于辊的相应轴线的宽度，并且所述电荷管线中的每一个大于所述膜电极组件的宽度。
6D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，其中所述电荷管线独立地具有至少15cm(在一些实施例中，在15cm至75cm或甚至25cm至50cm的范围内)的长度。
7D.根据前述实施例D中任一项所述的设备，其中所述第一辊对和第二辊对相隔至少25cm(在一些实施例中，在25cm至50cm的范围内)。
8D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，其中所述辊具有接触所述第一膜电极组件的外表面，并且所述外表面包括铬、金、镍、钯、铑或银中的一者。
9D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在所述第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述膜电极组件的质量。
10D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是在所述第一时间段期间确定的值的阵列，并且所述第二电品质因子是在所述第二时间段期间确定的值的阵列。
11D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是电压并且所述第二电品质因子是电压。
12D.根据前述实施例1D至10D中任一项所述的方法，其中所述第一电品质因子是电流并且所述第二电品质因子是电流。
13D.根据实施例1D至10D所述的方法，其中所述第一电品质因子是电压和电流两者并且所述第二电品质因子是电压和电流两者。
14D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，其中所述第一和第二时间段之间的时间差值不大于5秒(在0.25秒至5秒的范围内)。
15D.根据前述实施例D中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压不小于所述第二电压。
16D.根据实施例1D至14D中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压不大于所述第二电压。
本发明的优点和实施例进一步通过以下实例说明，但这些实例中提及的特定材料及其数量以及其他条件和细节不应被视为不当地限制本发明。除非另外指明，所有份数和百分比均按重量计。
实例
测试MEA的一般方法
将待测试的MEA样品一次性手动进料至通常如图1中所示的测试设备100。设备100具有带有第一对齐辊对和第二对齐辊对104、106的框架102，第一对齐辊对和第二对齐辊对104、106各自具有辊的辊对104、106之间的辊隙108、110。辊对104、106各自被构造成电激励幅材(120)，其中膜电极组件(122)穿过辊隙108、110。如图所示，辊的外表面105a、105b、107a、107b包括金。辊对可被分离33cm的距离124。被激励膜电极组件的期望电特性由得自一个或多个传感器(未示出)的至少一个测量值来测量或确定，所述传感器是辊104A或104B和106A或106B的一部分或在其附近。处理单元(例如，配备有通信和数据采集软件和数学分析能力的计算机)112被构造成至少分析所测量的电特性。
将通常如图1中所示的设备接通，从而以旋转方式设定两个辊对。第一对辊形成预充电辊隙，并且第二对辊形成测量辊隙。然后接通由数据采集软件(利用软件写入，所述软件以商标名称“LABVIEW”得自德克萨斯州奥斯丁的国家仪器公司(National InstrumentsCorporation，Austin，TX))控制的数据采集系统。数据采集软件用于与数据采集系统以近实时方式通信，并且控制部件仪器，收集、操纵(即，执行数学运算)和保存数据。具体地，数据采集软件用于控制电源(以商品名称“KEITHLEY MODEL 2400 SOURCE METER”得自俄亥俄州克利夫兰的吉时利仪器公司)，设定预充电辊隙两端和测量辊隙两端的预定电势，并且检查得自仪器的数据。当电阻随着进料待测试MEA而突然降低从而表明检测到测试样品时，数据采集软件开始记录电流和电压数据对时间的关系。然后，数据采集软件运算正测试样品的期望品质因子数据并保存所述数据。
当将待测试MEA(其不具有存储能量)进料至预充电辊的辊隙时，所述辊隙抓住MEA并将其运送穿过所述辊隙。随着MEA通过辊隙，系统感测到电阻RPC(即，电阻的突然变化)并开始收集、操纵和保存数据。测量电压VPC和电流IPC，并计算和保存电阻RPC和电荷QPC。将所测量和计算的数据保存为时间函数(即，样品，n)，以使得每个测量和计算的数据是次数VPC{n}、IPC{n}、RPC{n}、QPC{n}的序列。
当MEA的有源区域离开预充电辊隙时，电阻返回至高水平。随着MEA进入并移动穿过第二测量辊隙，电阻再次从高降至低，从而触发数据收集对时间的关系。当MEA处于测量辊隙中时，测量电压VM、电流IM，并计算电阻RM和电荷QM并保存为次数VM{n}、IM{n}、RM{n}、QM{n}的序列。在MEA离开测量辊隙之后，计算各种品质因子，并且系统提供针对预限定品质因子阈值水平的“合格”或“不合格”信号。
在测试期间，施加在预充电辊隙两端和测量辊隙两端的电势可以是相同的或不同的，并且在特定实例中也指示为如此。通常，施加在预充电辊隙两端的电势与施加在测量辊隙两端的电势相同，并且在特定实例中也指示为如此。可替代地，施加在预充电辊隙两端的电势可大于施加在测量辊隙两端的电势，但反过来也是可用的。一般地，“合格”和“不合格”MEA的分离可通过增加施加在预充电辊隙两端和测量辊隙两端的电压差值来增强。然而，“合格”和“不合格”MEA的进一步分离可例如通过使用分别地施加在预充电辊隙两端和测量辊隙两端的0.3V和0.1V(或甚至0.3V和0.01V)的电压来实现。然而，必须注意在测试期间不过度激励MEA。
进一步分离“合格”和“不合格”MEA的另一种方法是使用例如电阻的绝对值。在一些实施例中，可将品质因子阵列或图形值用作对产生标量品质因子的函数的输入。可将该标量品质因子用于辨别期望和非期望MEA。
可用品质因子包括(例如)指定时间t处或样品n的电阻、指定时间t处或样品n的预充电辊隙和测量辊隙之间的电阻差值、电阻差值的积分、预充电辊隙和测量辊隙之间的电流差值、预充电辊隙和测量辊隙之间的电荷差值、预充电辊隙和测量辊隙之间的电阻总和差值、预充电辊隙和测量辊隙之间的电流总和差值、预充电辊隙和测量辊隙之间的电荷总和差值，或任意数量的它们的组合。其它可用和适用品质因子可通过本领域的技术人员来限定和使用。
例如，拒信在MEA的测试期间，当施加电压时，MEA的电容充电直至其持平，并且可测量漏电流的值并且计算MEA的电阻(单位是欧姆)。如果MEA电阻太低，那么这意味着可能存在一些戳穿膜或使所述膜短接的碳纤维或其它金属，或膜材料中存在缺陷或薄点。已知的是这些情况均导致MEA的早期失效。通常，通过设定合格MEA电阻阈值(根据客户要求或MEA的尺寸)和比较测试MEA的电阻与阈值，使得有可能辨别“合格”(即，MEA电阻高于阈值)和“不合格”(即，MEA电阻低于阈值)MEA。
实例1
二十五个离散MEA样品根据“测试MEA的一般方法”来测试。MEA样品通过本领域中通常已知的方法来制备。MEA的尺寸是约15厘米×约20厘米，并且它们是约0.45毫米厚。将MEA样品一次性手动进料至测试设备。施加在预充电辊隙两端和测量辊隙两端的电压分别是0.3V和0.3V。用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电阻差值比较结果(FOM减少{n}，单位是欧姆)，所述电阻差值比较结果限定为：
FOM减少{n}＝f(RM，RPC)＝RM{n}-RPC{n}
其中RM{n}和RPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电阻和预充电电阻。图3中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM减少{n}数据的图形表示。
实例2
二十六个离散MEA样品如实例1所描述来制备和测试，不同的是用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电阻差值积分(FOM差值积分{n}，单位是亨利)，所述电阻差值积分限定为：
其中RM{n}和RPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电阻和预充电电阻，并且ΔTRM{n}和ΔTRPC{n}分别是第n个样品的测量辊隙和预充电辊隙的时间。图4中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM差值积分{n}数据的图形表示。
实例3
二十四个离散MEA样品如实例1所描述来制备和测试，不同的是用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电流差值比较结果(FOM电流减少{n}，单位是安培)，所述电流差值比较结果限定为：
FOM电流减少{n}＝f(IM，IPC)＝IM{n}-IPC{n}
其中IM{n}和IPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电流和预充电电流。图5中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM电流减少{n}数据的图形表示。
实例4
二十六个离散MEA样品如实例1所描述来制备和测试，不同的是用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电荷差值比较结果(FOM电荷减少{n}，单位是库仑)，所述电荷差值比较结果限定为：
FOM电荷减少{n}＝f(QM，QPC)＝QM{n}-QPC{n}
其中QM{n}和QPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电荷和预充电电荷。图6中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM电荷减少{n}数据的图形表示。
实例5
二十六个离散MEA样品如实例1所描述来制备和测试，不同的是用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电荷差值积分(FOM电荷差值积分{n}，单位是库仑*秒)，所述电荷差值积分限定为：
其中QM{n}和QPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电荷和预充电电荷，并且ΔTQM{n}和ΔTQPC{n}分别是处于测量辊隙和预充电辊隙的第n个样品的时间步长。图7中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM电荷差值积分{n}数据的图形表示。
实例6
二十六个离散MEA样品如实例1所描述来制备和测试，不同的是施加在预充电辊隙两端和测量辊隙两端的电压分别是0.3V和0.25V，并且用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电流总和比较结果(FOM电流总和{n}，单位是安培)，所述总和限定为：
FOM电流总和{n}＝f(IM，IPC)＝IM{n}+IPC{n}
其中IM{n}和IPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电流和预充电电流。图8中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM电流总和{n}数据的图形表示。
实例7
二十六个离散MEA样品如实例6所描述来制备和测试，不同的是用于分离“合格”和“不合格”MEA的品质因子是电荷总和比较结果(FOM电荷总和{n}，单位是库仑)，所述总和限定为：
FOM电荷总和{n}＝f(QM，QPC)＝QM{n}+QPC{n}
其中QM{n}和QPC{n}分别是正测试的MEA的阵列中第n个数据点的所测量电荷和预充电电荷。图9中给出了三个“合格”(由点线表示)和三个“不合格”(由虚线表示)MEA的FOM电荷总和{n}数据的图形表示。
本发明的可预知修改和更改对本领域的技术人员显而易见，而不脱离本发明的范围和实质。为进行示意性的说明，本发明不应限于此专利申请中所列出的实施例。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
第一对齐辊对和第二对齐辊对，所述第一对齐辊对和第二对齐辊对各自具有位于每个对齐辊对的对齐的辊之间的辊隙，其中所述第一对齐辊对和第二对齐辊对中的每一对具有平行的旋转轴线，所述第一对齐辊对和第二对齐辊对中的每一对被构造成电激励通过其相应辊隙的幅材的一部分并且被构造成测量被激励幅材的电特性，被构造成电激励通过其相应辊隙的幅材的一部分的所述第一对齐辊对和第二对齐辊对被构造成提供与相应对齐辊对的旋转轴线平行的电荷管线，并且对齐辊对的辊各自彼此电绝缘且与所述设备电绝缘；以及
处理单元，所述处理单元被构造成至少分析所测量的电特性。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所测量的电特性是值的阵列。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所测量的电特性是电压或电流中的至少一者。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中与相应对齐辊对的旋转轴线平行的电荷管线独立地具有至少15cm的长度。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所测量的电特性为电压。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所测量的电特性为电流。
7.一种评估至少一个膜电极组件的质量的方法，所述方法包括：
提供具有厚度的第一膜电极组件；
在使所述第一膜电极组件通过第一对辊的辊隙时，将第一电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第一电荷；
确定第一充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在所述第一时间段之后，在使所述第一膜电极组件通过第二对辊的辊隙时，将第二电压施加在所述第一膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第一膜电极组件提供第二电荷；
确定所述第一充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述第一膜电极组件的质量，
其中，所述第一膜电极组件具有平行于辊的相应轴线的宽度，所述第一电荷和第二电荷是幅材上的电荷管线，所述幅材包括所述第一膜电极组件，并且所述电荷管线中的每一个的宽度大于所述第一膜电极组件的宽度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一电品质因子是在所述第一时间段期间确定的值的阵列，并且所述第二电品质因子是在所述第二时间段期间确定的值的阵列。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述第一电品质因子是电压或电流中的至少一者，并且所述第二电品质因子是电压或电流中的至少一者。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述第一辊对和第二辊对中的每一对具有平行的旋转轴线，并且所述电荷中的每一个被施加在与相应辊对的旋转轴线平行的管线中。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述膜电极组件各自具有平行于辊的相应轴线的宽度，并且所述电荷管线中的每一个大于所述膜电极组件的宽度。
12.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述电荷管线独立地具有至少15cm的长度。
13.根据权利要求7或8所述的方法，还包括：
将第一电压施加在第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第一电荷；
确定第二充电膜电极组件在第一时间段的第一电品质因子；
在第一时间点之后，将第二电压施加在所述第二膜电极组件的厚度的两端上，从而向所述第二膜电极组件提供第二电荷；
确定所述第二充电膜电极组件在较晚的第二时间段的第二电品质因子；以及
利用所述第一电品质因子和第二电品质因子计算总电品质因子；以及
将所述总电品质因子与预定质量值进行比较以评估所述第二膜电极组件的质量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一电品质因子是电压，并且所述第二电品质因子是电压。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一电品质因子是电流，并且所述第二电品质因子是电流。
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