CN112033613A - 一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法 - Google Patents
一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法。将电池电芯一端密封后设置应变片，在电池电芯另一端插入导管；利用电池夹具夹紧电池，观察应变片显示的数据，当数据变化超过一定量时判断电池电芯发生形变而导致裂纹，检测完毕；反之，通过导管向电池电芯内部抽真空，当压力达到一定值后停止抽真空，并且密封电池电芯的另一端，经过一定时间后电池电芯内部压力稳定不变，则电池电芯合格，反之电池电芯不合格。该方法简单易行，检测准确率高，能够防止外力过大而导致电池破裂，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯气密性检测方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种可以直接将化学能转化为电能的能量转换装置。SOFC具有能量转化效率高，对环境友好等优点，因此受到了研究者们的广泛关注。
SOFC的基本结构包括多孔阳极，多孔阴极以及致密的电解质层。在阳极中通入燃料，同时在阴极通入氧化剂气体后，电解质和电极三相界面处会发生电化学反应产生电子，电子通过外电路形成回路，就会产生电能与热能。
专利文献CN 106033819A公开了一种以支撑电极层为中心的上下对称分布型电池结构，并且支撑电极层内部具有中空通道(或孔洞)，燃料气体与氧化剂气体分别自中空通道(或孔洞)以及平板上下两侧通入，通过电解质与电极形成氧化气体离子传导和外部电路的电子传导，形成放电回路。该结构有利于在电池烧结过程中保持电池的平整性；同时由于发生电化学反应的三相界面位于支撑电极层的上下两侧，因此产生的热应力得到有效抵消，可大幅度减小了热应力，降低电解质与电极受到损伤，从而能够有效保护电池在高温以及冷热循环等恶劣条件下的运行；另外，传统电池结构单元的厚度为400～1000μm，该中空上下分布的电极支撑型结构的厚度可增大到传统结构的10倍以上，因此具有较高的机械强度，并且易于制备大面积电池，可开展二次加工。
在固体氧化物燃料电池的制作过程中，为了制作性能较好的电池，需要保证电池电芯的气密性，使电池孔隙率量化在一定的范围内。但是，以支撑电极层为中心的上下对称分布型电池电芯结构制备工艺较复杂，目前无法直观的用肉眼检测电池电芯的气密性，使用相关设备检测电池电芯的气密性时，由于电池电芯的多孔结构，气密检测中所施加的力过大很容易导致电池破裂。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供一种以阳极为中心、呈上下对称双阴极固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，该方法简单易行，能够保护电池在检测过程中不破裂，同时检测出电池电芯是否合格。
本发明提供的技术方案为：基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，所述固体氧化物燃料电池电芯以阳极为支撑层，呈上下分布结构，即，所述固体氧化物燃料电池电芯中，阳极层、电解质层以及阴极层层沿厚度方向上下层叠，电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于阳极层的上表面，第二电解质层位于阳极层的下表面；阴极层包括第一阴极层与第二阴极层，第一阴极层位于第一电解质层的上表面，第二阴极层位于第二电解质层的下表面；阳极层设置中空通道；
其特征是：包括如下步骤：
(1)将电池电芯一端(称为电芯A端)密封后设置应变片，在电池电芯另一端(称为电芯B端)插入导管；利用电池夹具夹紧电池电芯，观察应变片显示的数据，当应变片显示的数据变化超过一定量，则电池电芯不合格，检测完毕，取下电池电芯；反之，进行下述步骤(2)；
作为优选，在电池电芯A端的不同位置设置应变片，当发生形变时能够进一步确定裂纹的位置；
(2)通过导管向电池电芯内部抽真空，当压力达到一定值后停止抽真空，并且密封电池电芯B端；观察电池电芯内部压力，经过一定时间后电池内部压力稳定不变，则电池电芯合格，反之电池电芯不合格。
所述固体氧化物燃料电池电芯的结构不限，作为优选，所述固体氧化物燃料电池电芯呈柱状结构。
所述导管能够将电池电芯内部与抽真空设备进行连通，从而对电池电芯内部进行抽真空。作为一种实现方式，所述导管可以是针管等。
本发明使用电池夹具、应变片、密封设备、抽真空设备对固体氧化物燃料电池电芯进行气密性检测，具有如下有益效果：
(1)使用应变片，通过应变片显示的数据判断电池是否发生形变而导致裂纹，当应变片显示的数据变化超过一定量时判断电池电芯发生形变而导致裂纹，则电池电芯不合格，检测完毕，因此能够观测电池夹具对电池施加的外力，可防止外力过大而导致电池电芯破裂，同时若发生破裂可直接结束检测；
(2)使用导管与抽真空设备，向电池电芯内部抽真空后通过检测一定时间后压力稳定与否而获知电池电芯是否有裂纹，从而实现电池电芯的气密性检测，检测完毕后打开电池夹具，取出电池即可；
(3)该方法简单易行，检测准确率高，具有应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中的气密性设备装配图。
图1中的附图标记为：1-支架；2-电池夹具；3-安装板；4-螺母垫片；5-压紧机构；6-球阀；7-真空泵；8-气压表；9-直角接头；10-密封夹具；11-固体氧化物燃料电池电芯；12-应变片。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，利用气密性检测设备对该固体氧化物燃料电池电芯的气密性进行检测，气密性检测设备的装配图如图1所示，由支架1、电池夹具2、安装板3、螺母垫片4、压紧机构5、球阀6、真空泵7、气压表8、直角接头9、密封夹具10以及应变片12构成。
待测固体氧化物燃料电池电芯11以阳极为支撑层，呈对称分布结构，即，该固体氧化物燃料电池电芯中，阳极层、电解质层以及阴极层层沿厚度方向层叠，电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于阳极层的上表面，第二电解质层位于阳极层的下表面；阴极层包括第一阴极层与第二阴极层，第一阴极层位于第一电解质层的上表面，第二阴极层位于第二电解质层的下表面；阳极层设置中空通道，该通道在阳极层的侧面具有进出口端；并且，与电池电芯A端、B端形成封闭的柱状结构，其横截面呈带圆角的矩形结构，对电池外围进行密封。
检测方法如下：
(1)将待测固体氧化物燃料电池电芯11的一端(即A端)密封后贴置应变片，电池电芯的另一端插入针管；利用密封夹具10，在压紧机构5作用下夹紧电池，观察应变片12显示的数据，通过应变片数据判断在夹紧过程中电池电芯是否发生形变而产生裂纹，当应变片数据变化超过一定量时则判断电池电芯发生裂纹，电池电芯不合格，检测完毕，取下电池；反之电池电芯合格，进行下述步骤(2)。
若在待测电池电芯11的A端不同位置设置应变片，当发生形变时能够进一步确定裂纹的位置。
(2)针管连接球阀6和真空泵7，通过针管向电池电芯内部抽真空，使压力保持在-90KPa，然后延迟4s关闭球阀和真空泵，并且密封电池电芯B端，观察电池电芯内部压力下降速度并记录，经过10min后电池内部压力稳定不变，则电池电芯合格，将电池编号储存；反之，电池电芯不合格。
(3)经步骤(2)后打开电池夹具，取出电池。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，所述固体氧化物燃料电池电芯以阳极为支撑层，呈上下分布结构，即，所述固体氧化物燃料电池电芯中，阳极层、电解质层以及阴极层层沿厚度方向上下层叠，电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于阳极层的上表面，第二电解质层位于阳极层的下表面；阴极层包括第一阴极层与第二阴极层，第一阴极层位于第一电解质层的上表面，第二阴极层位于第二电解质层的下表面；阳极层设置中空通道；
其特征是：包括如下步骤：
(1)将电池电芯A端密封后设置应变片，在电池电芯B端插入导管；利用电池夹具夹紧电池电芯，观察应变片显示的数据，当应变片显示的数据变化超过一定量，则电池电芯不合格，检测完毕，取下电池电芯；反之，进行下述步骤(2)；
作为优选，在电池电芯A端的不同位置设置应变片，当发生形变时能够进一步确定裂纹的位置；
(2)通过导管向电池电芯内部抽真空，当压力达到一定值后停止抽真空，并且密封电池电芯B端；观察电池电芯内部压力，经过一定时间后电池内部压力稳定不变，则电池电芯合格，反之电池电芯不合格。
2.如权利要求1所述的基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，在电池电芯A端的不同位置设置应变片，当发生形变时能够进一步确定裂纹的位置。
3.如权利要求1所述的基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，其特征是：所述的固体氧化物燃料电池电芯呈柱状结构。
4.如权利要求1所述的基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，其特征是：所述导管是针管。
5.如权利要求1、2、3或4所述的基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的气密性检测方法，其特征是：在电池电芯A端的不同位置设置应变片。
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