CN111198329A - 用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板 - Google Patents

用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，测试板的正面中部形成有燃料腔室，燃料腔室的开口上形成有栅栏结构，测试板的一侧形成用于插置参比电极的电极插孔，电极插孔连通燃料腔室，电极插孔内表面形成有绝缘涂层；测试板上还形成有燃料进口和燃料出口，燃料进口及燃料出口连通燃料腔室。本发明测试板能够用于在燃料电池工作状态下，对燃料电池的单电极的电极电势进行测试，以准确检测燃料电池实际工作状态下单电极的性能参数。

Description

用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板
技术领域
本发明涉及一种电化学测试工具，具体是涉及一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板。
背景技术
作为一种零污染，高效率，将燃料的化学能直接转变成电能的发电装置，燃料电池已经被越来越多的应用于汽车，分布式电站，火箭的等众多领域，是最有希望替代现在各种能源终端设备中燃烧体系能源的理想可持续能源设备。
燃料电池核心发电部件为膜电极(MEA)，MEA由阳极侧的扩散层碳纸、阳极催化剂、固体电解质膜、阴极催化剂、阴极碳纸五层组成，通过GDE，CCM等工艺制作电极，最后热压到一起而成。阳极侧通燃料，阴极侧通氧气或者空气，加上外接电路，就实现了化学能到电能的转化。而这个转化的过程涉及了复杂的电化学原理，每一个材料或者工艺的制作过程都对电池的性能有着极大的影响，想要提升电池性能，就必须对其中电化学原理和动力学进行基础研究。
目前的电化学检测体系下，评价催化剂性能优劣主要通过旋转圆盘电极或旋转环盘电极进行测试，或者制备成膜电极MEA，来进行放电性能测试。
膜电极进行电化学测试主要通过三电极体系来进行评测。三电极体系主要由工作电极、参比电极和辅助电极组成。工作电极也称为研究电极或者试验电极。通过测定工作电极的电位，得出电极的电化学反应，吸附等界面反应的规律。由于目前没有实验的或者理论的方法来确定单个电极电位的绝对值，但可以用一个电位很稳定的电极作参照基准来测量任一电极的电极电位的相对值，我们称这种参照基准电极为参比电极。使用时，参比电极要尽量靠近工作电极，以减小有电流通过时，燃料电池的电压降。用不同的参比电极进行实验将获得不同的电极电位。辅助电极也称为对电极，它的作用是用来通过电流，实现工作电极的极化。辅助电极不能影响工作电极。它的表面积应大于工作电极。
对燃料电池来说，正常的三电极检测方法只能测试膜电极阴阳极性能叠加的结果，但是，对于燃料电池工作时，单电极的电极电势、活性面积等参数是没有办法检测出的，这对寻找提升性能的方法造成了阻碍；膜电极出现性能问题时，也无法区分是出现在阴极，还是阳极。这对后续的探究造成了不必要的麻烦以及大量不必要的工作。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，便于在燃料电池工作状态下，对燃料电池的单电极的电极电势进行测试，以准确检测燃料电池实际工作状态下单电极的性能参数。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，所述测试板的正面中部形成有燃料腔室，所述燃料腔室的开口上形成有栅栏结构，所述测试板的一侧形成用于插置参比电极的电极插孔，所述电极插孔连通所述燃料腔室，所述电极插孔内表面形成有绝缘涂层；所述测试板上还形成有燃料进口和燃料出口，所述燃料进口及所述燃料出口连通所述燃料腔室。
进一步的，所述测试板呈长方形或正方形或圆形。
进一步的，所述测试板的制作材料为石墨或金属。
进一步的，所述电极插孔分为两段，远离所述燃料腔室的一段的内径大于靠近所述燃料腔室的一段的内径，两段之间通过斜坡连接。
进一步的，所述绝缘涂层的材料为具有柔软性质的聚合物。
进一步的，所述燃料进口与所述燃料出口位于所述测试板的相对的两侧，且所述燃料进口及所述燃料出口与所述电极插孔位于不同的侧面，所述燃料进口与所述燃料出口之间形成高度差，所述燃料出口靠近所述电极插孔。
进一步的，所述燃料进口和所述燃料出口的内侧开有螺纹。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，通过在测试板的正面中部形成燃料腔室，并在测试板的一侧形成电极插孔，可以将参比电极插置于电极插孔内，以实现在燃料电池工作状态下，对燃料电池的单电极的电极电势进行测量，从而可以准确检测到燃料电池实际工作状态下单电极的性能参数。与现有技术相比，本发明解决了燃料电池只能测试燃料电池(膜电极)整体工作状态下的性能参数，而不能测试工作状态下单电极性能参数的问题。本发明适用于所有燃料为液态的燃料电池检测，同时，可以实现液态操作的燃料电池也在本测试板的适用范围之内。
附图说明
图1为本发明用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板的立体图；
图2为本发明用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板的正视图；
图3为本发明用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板的左视图；
图4为本发明用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板的俯视图；
结合附图，作以下说明：
1-燃料腔室，2-栅栏结构，3-电极插孔，4-绝缘涂层，5-燃料进口，6-燃料出口。
具体实施方式
为了更清楚地描述本发明，便于理解本发明的技术方案，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明做详细描述。但下属的实施例仅仅是本发明的发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
如图1、图2、图3和图4所示，一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，所述测试板的正面中部形成有燃料腔室1，所述燃料腔室的开口上形成有栅栏结构2，所述测试板的一侧形成用于插置参比电极的电极插孔3，所述电极插孔连通所述燃料腔室，所述电极插孔内表面形成有绝缘涂层4；所述测试板上还形成有燃料进口5和燃料出口6，所述燃料进口及所述燃料出口连通所述燃料腔室。这样，通过在测试板的正面中部形成燃料腔室，在燃料腔室的开出上形成栅栏结构，可以用于燃料电池的测试，通过在测试板的一侧形成电极插孔，可以将参比电极插置于电极插孔内，以实现在燃料电池工作状态下，对燃料电池的单电极的电极电势进行测量，从而可以准确检测到燃料电池实际工作状态下单电极的性能参数。与现有技术相比，本发明解决了燃料电池只能测试燃料电池(膜电极)整体工作状态下的性能参数，而不能测试工作状态下单电极性能参数的问题。本发明适用于所有燃料为液态的燃料电池检测，同时，可以实现液态操作的燃料电池也在本测试板的适用范围之内。
上述结构中，栅栏结构用于支撑待测试的膜电极，比如栅栏结构为多条平行间隔设置的栏杆，栏杆向燃料腔室内凸，使测试板表面光滑平整，这样，栅栏结构可以与另一块测试板共同夹紧膜电极，使燃料可以经栅栏结构进入到膜电极。
上述结构中，电极插孔内的绝缘涂层，用于阻止参比电极与测试板本体直接相连，影响测量，同时可以起到卡住参比电极，阻止燃料腔室内燃料从电极插孔溢出。
优选的，所述测试板呈长方形或正方形或圆形。但不限于此，还可以是其他规则或不规则的形状设计。
优选的，所述测试板的制作材料为石墨或金属。但不限于此，测试板的制作材料还可以是可加工成固定形状的其他导电材料。
优选的，测试板为方形的石墨板。
优选的，所述电极插孔分为两段，远离所述燃料腔室的一段的内径大于靠近所述燃料腔室的一段的内径，两段之间通过斜坡连接。电极插孔与测试板的燃料腔室连通，供参比电极从测试板外插入到测试板的内部的燃料腔室内。将插孔分为两段，比如，远离燃料腔室的一段的长度占总长度的2/3，靠近燃料腔室的一段的长度占总长度的1/3，同时，将远离燃料腔室的一段的内径设计为大于靠近燃料腔室的一段的内径，两段之间形成一定的坡度，可以起到控制参比电极插入深度，同时可以卡住参比电极的作用。
优选的，所述绝缘涂层的材料为具有柔软性质的聚合物。比如，材料可为橡胶，由于绝缘涂层具有柔软的性质，可以起到一定的密封和绝缘的作用。
作为一种优选实施例，测试板呈方形，所述燃料进口与所述燃料出口位于所述测试板的相对的两侧，比如位于左右两侧，电极插孔位于上侧或下侧，这样，燃料进口及所述燃料出口与所述电极插孔位于不同的侧面，便于测试操作，所述燃料进口与所述燃料出口之间形成高度差，所述燃料出口靠近所述电极插孔。
优选的，所述燃料进口和所述燃料出口的内侧开有螺纹。这样，燃料进口及燃料出口可以通过接头快速连接储存的燃料的装置。
应用本发明测试板进行燃料电池工作状态下单电极电化学测试时，将膜电极夹持于两块测试板之间，膜电极的周围设置绝缘垫板，阻隔阴阳极直接接触，将参比电极插置于测试板的电极插孔内，一块测试板的燃料腔室通入燃料，另一块测试板的燃料腔室内通入氧气，让膜电极处于正常工作状态，可以实现在燃料电池工作状态下，对膜电极的单电极(阴极或阳极)的电极电势进行测量，从而可以准确检测到燃料电池实际工作状态下单电极的性能参数。进一步的，配合电化学工作站，与单电极建立三电极体系，可以实现燃料电池工作状态下单电极的各项性能的测试，有利于电极活性物质的综合性能评价。同时搭配现有的三电极体系测试方法，可以同时得到阴，阳极单电极的性能参数。
本发明易操作，易维护，不仅适合经验丰富的科研人员使用，也适合初学者使用。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明，本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述测试板的正面中部形成有燃料腔室(1)，所述燃料腔室的开口上形成有栅栏结构(2)，所述测试板的一侧形成用于插置参比电极的电极插孔(3)，所述电极插孔连通所述燃料腔室，所述电极插孔内表面形成有绝缘涂层(4)；所述测试板上还形成有燃料进口(5)和燃料出口(6)，所述燃料进口及所述燃料出口连通所述燃料腔室。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述测试板呈长方形或正方形或圆形。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述测试板的制作材料为石墨或金属。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述电极插孔分为两段，远离所述燃料腔室的一段的内径大于靠近所述燃料腔室的一段的内径，两段之间通过斜坡连接。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述绝缘涂层的材料为具有柔软性质的聚合物。
6.根据权利要求1所述的用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述燃料进口与所述燃料出口位于所述测试板的相对的两侧，且所述燃料进口及所述燃料出口与所述电极插孔位于不同的侧面，所述燃料进口与所述燃料出口之间形成高度差，所述燃料出口靠近所述电极插孔。
7.根据权利要求1所述的用于燃料电池工作状态下单电极电化学测试的测试板，其特征在于：所述燃料进口和所述燃料出口的内侧开有螺纹。
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