CN111307383A - 一种燃料电池膜电极的密封性与开路电压检测装置 - Google Patents

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王素力
陈曦
孙公权
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Abstract

本发明公开了一种燃料电池膜电极的密封性与开路电压检测装置,包括上腔体、下腔体,下腔体与燃料电池接触部分的流道,控制气路以及加载装置。当进行膜电极密封检测时,上腔体进气路氮气电磁阀开,所述上腔体进气口流入氮气,上腔体排气路电磁阀关,通过膜电极两侧的压差是否可持续保持判断膜电极密封是否安全可靠。当进行膜电极开路电压检测时,上腔体进气路氢气电磁阀开,上腔体排气路电磁阀开,下腔体空气路电磁阀开,这样,所述上腔体进气口流入氢气,所述下腔体进气口流入空气,通过判断膜电极两侧形成的电压差判断膜电极是否合格。

Description

一种燃料电池膜电极的密封性与开路电压检测装置
技术领域
本发明设计一种测试装置,具体涉及一种燃料电池膜电极的密封性及开路电压测试装置。
背景技术
随着全球资源的紧张以及人们对环保要求的逐渐提高,使得燃料电池技术的研发日益成熟,工业化进程日益加深,因此对于燃料电池各零部件的测试检测方法及装置收到各研究机构的重视。
燃料电池膜电极是燃料电池在工作过程中将化学能转换为电能的核心场所,是燃料电池的首要核心部件,其英文缩写为MEA。在膜电极批量制备过程中,膜电极的密封性与开路电压是判断膜电极是否合格的基本测试手段。
目前,膜电极是否合格均在电堆中进行检验,当发现某一片膜电极泄露或者开路电压低时,需要拆堆进行剔除,装拆过程浪费大量时间,且操作繁琐,容易损坏膜电极或者双极板等电堆部件。
基于此,设计一款可靠的、快速的、可重复加载的膜电极开路电压及密封测试装置成为必要。
发明内容
本发明是设计一款可靠的、快速的、可重复加载的膜电极开路电压及密封测试装置。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种燃料电池膜电极的密封性与开路电压检测装置,包括安装组件、气体控制组件、测量组件、及加载组件;
所述安装组装件包括上端板和下端板;上端板和下端板相对设置,构成测试区域,待测膜电极置于反应腔体内;
所述气体控制组件包括电磁阀、质量流量控制器;
所述测量组价包括压力传感器、电压检测装置;
所述加载组装件包括保持架、驱动装置、滑动导轨;所述上下端板分别固定于保持架两端,通过加载电机进行加载。
所述上端板下表面与下端板上表面相对平行设置,于上端板下表面与下端板上表面中部分别开设有相对称的气体流道,形成流场;于上端板和下端板左侧开设有与流场气体入口端相连通的进口通孔,于上端板和下端板右侧开设有与流场气体出口端相连通的出口通孔;
上端板进口通孔上开口端经第一质量流量控制器(5)、第三电磁阀(4)分别通过第二电磁阀(3)和第一电磁阀(2)与氮气气源和氢气气源相连;于上端板进口通孔上开口端端与第一质量流量控制器(5)间的连接管路上设有压力传感器(6);上端板出口通孔上开口端端经第五电磁阀(9)与大气相连通;
下端板进口通孔下开口端经第二质量流量控制器(8)、第四电磁阀(7)与空气气源相连;下端板出口通孔下开口端与大气相连通;
上端板和下端板均为导电端板,其分别与电压检测装置(13)相连;
上端板上方设有固定架,固定架左右两端分别设有通孔,二根竖直设置的导轨分别穿套于通孔内,固定架上方设有一可驱动固定架上下往复运动的驱动装置,驱动装置固定于一支架。
所述压力传感器为管道中气体压力测量装置,电压检测装置为为一电压表;所述驱动
装置为直线电机、气缸或液缸。
附图内容
图1为发明的组装图。
图2为上、下端板结构示意图。
其中:1加载装置;2第一电磁阀;3第二电磁阀;4第三电磁阀;5第一质量流量控制器;6压力传感器;7第四电磁阀4;8第二质量流量控制器;9第五电磁阀;10保持架;11下端板;12上端板;13电压检测装置。
具体实施方式:
将膜电极置于上端板和下端板之间,于膜电极和上端板之间设有第一密封O圈,于膜电极和下端板之间设有对应的第二密封O圈,流场、进口通孔、出口通孔均处于第一密封O圈和第二密封O圈所围绕的区域内;将驱动装置驱动通过上端板和下端板密闭压合;
当进行膜电极密封检测时,第五电磁阀(9)关,第二电磁阀(3)与第三电磁阀(4)打开,于所述上端板进气通孔流入氮气,当压力传感器示数达到指定值时,所述第三电磁阀(4)关闭,保压1-2min,若压力传感器示数变化小于2‰时,被测膜电极为合格品,若压力传感器示数变化大于2‰时,被测膜电极为不合格品;
当进行膜电极开路电压检测时,第一电磁阀(2)与第三电磁阀(4)打开,第五电磁阀(9)打开,通过第一质量流量控制器(5)控制气体流量,同时,第四电磁阀(7)打开,这样,所述上端板进气口流入氢气,所述下端板进气口流入空气,如果电压测试装置显示电压大于等于900mV时,膜电极为合格品,如果电压测试装置显示电压小于900mV时,膜电极为不合格品。

Claims (6)

1.一种燃料电池膜电极的密封性与开路电压检测装置,其特征在于:包括安装组件、气体控制组件、测量组件、及加载组件;
所述安装组装件包括上端板和下端板;于上端板的下表面和下端板的上表面分别配置有相应流道,分别与管路进气口相连;于上端板的下表面和下端板的上表面分别配置有环绕于流道四周外侧的相对应的环状密封圈;上端板和下端板相对设置,待测膜电极置于所述两个密封圈之间,与相对应的流道构成测试区域;
所述气体控制组件包括电磁阀、质量流量控制器;所述电磁阀、质量流量控制器分别与上端板和/或下端板与待测膜电极之间的气体流道管路连接;所述测量组件包括压力传感器、电压检测装置;所述压力传感器置于气体流道管路上;所述电压检测装置与上、下端板电连接;
所述加载组装件包括固定架、驱动装置、滑动导轨;所述上下端板两端分别滑动连接于固定架上的导轨上,通过驱动装置控制上下端板于沿滑动导轨上下移动。
2.按照权利要求1所述的测试装置,其特征在于:
所述上端板下表面与下端板上表面相对平行设置,于上端板下表面与下端板上表面中部分别开设有相对称的气体流道,形成流场;于上端板和下端板一侧开设有与流场气体入口端相连通的进口通孔,于上端板和下端板另一侧开设有与流场气体出口端相连通的出口通孔;
上端板进口通孔上开口端经第一质量流量控制器(5)、第三电磁阀(4)分别通过第二电磁阀(3)和第一电磁阀(2)与一惰性气体气源和一氢气气源相连;于上端板进口通孔上开口端端与第一质量流量控制器(5)间的连接管路上设有压力传感器(6);上端板出口通孔上开口端端经第五电磁阀(9)与大气相连通;
下端板进口通孔下开口端经第二质量流量控制器(8)、第四电磁阀(7)与一空气或氧气气源相连;下端板出口通孔下开口端与大气相连通;
上端板和下端板均为导电端板,其分别与电压检测装置(13)电连接;
上端板上方设有固定架,固定架左右两端分别设有通孔,二根竖直设置的导轨分别穿套于通孔内,固定架上方设有一可驱动固定架上下往复运动的驱动装置,驱动装置固定于一支架。
3.按照权利要求1或2所述检测装置,其特征在于:
所述气体压力测量装置为压力传感器,电压检测装置为一电压表。
4.按照权利要求1或2所述检测装置,其特征在于:
驱动装置为电机、气缸或液缸。
5.一种权利要求1-4所述检测装置的操作方法,其特征在于:
1)将膜电极置于上端板和下端板之间,于膜电极和上端板之间设有第一密封O圈,于膜电极和下端板之间设有对应的第二密封O圈,流场、进口通孔、出口通孔均处于第一密封O圈和第二密封O圈所围绕的区域内;通过驱动装置驱动上端板和下端板密闭压合;
2)当进行膜电极密封检测时,第五电磁阀(9)关,第二电磁阀(3)与第三电磁阀(4)打开,于所述上端板进气通孔流入氮气,当压力传感器示数达到指定值Z时,所述第三电磁阀(4)关闭,保压一段时间,若压力传感器示数变化小于等于某一设定值X时,被测膜电极为合格品,若压力传感器示数变化大于某一设定值X时,被测膜电极为不合格品;
3)当进行膜电极开路电压检测时,第一电磁阀(2)与第三电磁阀(4)打开,第五电磁阀(9)打开,通过第一质量流量控制器(5)控制气体流量,同时,第四电磁阀(7)打开,所述上端板进气口流入氢气,所述下端板进气口流入空气,如果电压测试装置显示电压大于等于某一设定值Y时,膜电极为合格品,如果电压测试装置显示电压小于某一设定值Y时,膜电极为不合格品。
6.按照权利要求5所述检测装置的操作方法,其特征在于:
所述指定值Z为压力传感器示数,即为待测膜电极需要的耐压压力,一般取值为40-150kPa,保压时间为0.5-10min
所述设定值X为膜电极的耐压能力,一般设置为Z值的2‰~3‰。
所述设定值Y为膜电极常温开路电压下限,一般设置为890-900mV左右。
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