CN112345432B - 一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法 - Google Patents
一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112345432B CN112345432B CN202110021484.8A CN202110021484A CN112345432B CN 112345432 B CN112345432 B CN 112345432B CN 202110021484 A CN202110021484 A CN 202110021484A CN 112345432 B CN112345432 B CN 112345432B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- fiber cloth
- permeability
- clamp
- silica gel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/0806—Details, e.g. sample holders, mounting samples for testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
- G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
Abstract
本发明提供一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法,所述测试装置包括水箱、变频器、泵、阀、压力表、碳纤维布夹具、量筒和计时工具,所述碳纤维布夹具具有水的进口和出口,所述水箱通过管路连接水的进口,在所述管路上设置有泵和压力表,所述碳纤维布夹具的水的出口连接所述的量筒;本发明解决了特定压缩剩余量的碳纤维布的渗透率,能够计算出相同碳纤维布在不同压缩剩余量下的渗透率,和不同碳纤维布在相同压缩剩余量下的渗透率。在碳纤维布品牌和压缩剩余量两个变量中,选取出渗透率最小的碳纤维布品牌及其对应的压缩剩余量,以获得最佳的电池性能。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域,具体涉及一种液流电池的电极材料测试方法。
背景技术
在铁-铬液流电池中,碳布作为电极,提供电化学反应场所,电子穿过电极和离子膜形成电势差,得以充放电。在双极板和板框的配合下,电解液在碳纤维布铺层方向流动扩散,并发生化学反应。
双极板和板框之间的配合间隙决定了碳纤维布的压缩剩余量(压缩后的厚度),不同的压缩剩余量对应不同的渗透率。压缩剩余量越小,碳纤维布的渗透率越小,电解液的流动阻力越大,供应整个电堆电解液流动所消耗的泵功率也越大。因此,铁-铬液流电池需要选用一种渗透率较低的碳纤维布作为电极材料。渗透率是决定电解液流动阻力的关键因素,测量特定压缩剩余量下的碳纤维布铺层方向的渗透率对碳纤维布的选型有着重要意义。
现有技术中关于渗透率的测试大多集中于被压缩织物的层数、受压压力或厚度方向渗透率,且测试装置零部件过多、装配复杂[1-3],没有对特定压缩剩余量下的碳纤维布在铺层方向上的渗透率的研究。
参考文献:
[1]张佐光,李敏,顾轶卓,张大兴,孙志杰,李艳霞. 纤维铺层面内及厚度方向渗透率测试装置与饱和渗透率测试方法[P]. 北京:CN101051019,2007-10-10.
[2]刘卫平,张冬梅,马晓星,刘军,李志远,王欣晶,郑义珠,王旭,苏佳志,辛朝波,顾轶卓,李敏,李艳霞,张佐光. 在铺层面内方向上测试气体渗透率的测试装置及其方法[P]. 上海:CN102183444A,2011-09-14.
[3]Latha T J ,Jayanti S . Ex-situ experimental studies on serpentineflow field design for redox flow battery systems[J]. Journal of PowerSources, 2014, 248(Feb.15):140-146。
发明内容
本发明的目的主要是解决特定压缩剩余量(压缩后厚度)的碳纤维布的渗透率,提出一种在特定压缩剩余量下的碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置。
本发明的另一个目的是提供一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试方法。
本发明的第三个目的是提供所述碳纤维布铺层方向渗透率的测试方法的应用。
实现本发明上述目的的技术方案为:
一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置,包括水箱、变频器、泵、阀、压力表、碳纤维布夹具、量筒和计时工具,
所述碳纤维布夹具具有水的进口和出口,所述水箱通过管路连接水的进口,在所述管路上设置有泵和压力表,所述碳纤维布夹具的水的出口连接所述的量筒;
所述碳纤维布夹具包括上夹具和下夹具,所述下夹具上表面设置有凹下的矩形硅胶垫和碳纤维布放置区,所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区凹下的深度为碳纤维布的压缩剩余量。
其中,上夹具和下夹具用螺栓和螺母固定;上夹具和下夹具之间为铺设碳纤维布的位置,在下夹具两个相对的侧面上开孔,分别作为流体的进口和出口,两个孔之间的距离L为所述碳纤维布的长度。
其中,在所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区内,碳纤维布铺设在所述矩形硅胶垫的上方;下夹具侧面上的开孔与所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区联通。
优选地,在下夹具上表面的矩形硅胶垫和碳纤维布放置区外,围设有密封圈槽,在所述密封圈槽内填充有O型密封圈。
根据碳纤维布的常规尺寸,进一步地,所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区凹下的深度为0.2~0.8mm,和/或
所述泵上设置有变频器。
一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试方法,采用所述的测试装置,包括操作:
在所述碳纤维布夹具内铺设碳纤维布和矩形硅胶垫,用螺栓固定上下夹具、连接管路;
用泵将水箱中的流体送入碳纤维布夹具,流体从进口流入、从出口流出,流出的量用量筒计量体积,计时工具计量量筒内达到一定体积所用时间;
用压力表测量所述碳纤维布夹具入口流体压力,
记录压缩后的碳纤维布的有效截面积可求得速度,通过公式可以计算出夹具内部碳纤维布的渗透率。
具体可以为:开启水泵,调节水泵频率,打开阀,在水从夹具流出进入量筒时,开始计时。当量筒内达到设定体积后,停止计时。记录测试过程中的水压。此时,可以得到碳纤维布夹具的入口压力和体积流量。
其中,通过下式计算所述碳纤维布的渗透率:
式中,K—碳纤维布渗透率,m2;L—碳纤维布长度,m;Δp—压力差,Pa; μ—流体的动力粘度,Pa•s;v—速度,m/s;和/或
所述流体为水、电解液、酸溶液、盐溶液中的一种。
所述的测试方法,还包括操作:选择所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区不同的凹下深度以控制碳纤维布的压缩程度。
其中,用变频器控制泵频率,调节夹具入口流体压力。
变频器通过控制水泵频率达到调节夹具供水压力的目的,阀控制整个测试流路的通断。
所述的测试方法的应用为,测试碳纤维布在不同压缩剩余量下的渗透率,和/或测试不同碳纤维布在相同压缩剩余量下的渗透率,基于渗透率数值在液流电池内进行碳纤维布的组装。
碳纤维布受力压缩变形,其内部孔隙大小、几何形状发生变化,渗透率相应改变。铁-铬液流电池中,双极板和板框之间配合间隙的大小决定了压缩后的碳纤维布的厚度。经计算,电解液流经碳纤维布的流动阻力占到整个电堆阻力降的比例超七成。因此,测量特定厚度下的碳纤维布的渗透率,选取渗透率较小的碳纤维布,对降低电堆阻力降具有决定性作用。
本发明解决了特定压缩剩余量(压缩后厚度)的碳纤维布的渗透率,能够计算出相同碳纤维布在不同压缩剩余量下的渗透率,和不同碳纤维布在相同压缩剩余量下的渗透率。在碳纤维布品牌和压缩剩余量两个变量中,选取出渗透率最小的碳纤维布品牌及其对应的压缩剩余量,以获得最佳的电池性能。
本发明设置夹具上不同的槽深,从而获得碳纤维布不同的压缩剩余量,成功解决了铁-铬液流电池中固定压缩量的碳纤维布的渗透率测试问题。
附图说明
图1为本发明的碳纤维布渗透率测试流程图。
图2A为碳纤维布夹具的立体图,图2B为碳纤维布夹具的侧视图。
图3为碳纤维布夹具爆炸图。
图4A为碳纤维布下夹具的立体图,图4B为碳纤维布下夹具的俯视图,图4C为碳纤维布下夹具的A-A剖视图,图4D为碳纤维布下夹具的局部放大图。
图5 为A、B两种品牌碳布的渗透率随压缩剩余量的变化趋势。
图中,
1:下夹具;2:O型密封圈;3:矩形硅胶垫;4:碳纤维布;5:上夹具;6:螺栓;7;螺母;8:进/出液螺纹孔;9:O型密封圈放置槽;10:矩形硅胶垫和碳纤维布放置区;
11:水箱;12:泵;13:变频器;14:阀;15:压力表;16:碳纤维布夹具;17:量筒;18:计时工具。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示,一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置,包括水箱11、变频器13、泵12、阀14、压力表15、碳纤维布夹具16、量筒和计时工8,
所述碳纤维布夹具16具有水的进口和出口,所述水箱11通过管路连接水的进口,在所述管路上设置有泵12和压力表15,所述碳纤维布夹具的水的出口连接所述的量筒17。
参见图2A、图2B、图3,所述碳纤维布夹具包括立方体形状的上夹具5和下夹具1,上夹具1和下夹具5用螺栓6和螺母7固定;上夹具5和下夹具1之间为铺设碳纤维布的位置,在下夹具两个相对的侧面上开两个大小相同的进/出液螺纹孔8,分别作为流体的进口和出口,两个孔之间的距离L为碳纤维布4的长度。
参见图4A至图4D,下夹具1的上表面设置有凹下的矩形硅胶垫和碳纤维布放置区10,碳纤维布4铺设在所述矩形硅胶垫3的上方;下夹具侧面上的开孔与所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区10联通,试验中任意一孔均可当做入口或出口。上夹具放在最上层,上下夹具之间用螺栓螺母固定连接。
在下夹具上表面的矩形硅胶垫和碳纤维布放置区外,围设有O型密封圈放置槽9,在所述密封圈槽内填充有O型密封圈。
本实施例中,上夹具放于最下层,O型密封圈放置槽9内放置线径为2.65mm的O型密封圈。矩形硅胶垫和碳纤维布放置区10长宽为113×33mm,槽深根据测试需求加工成0.3mm、0.4mm和0.5mm等规格。在矩形硅胶垫和碳纤维布放置区10内,紧贴槽壁内侧放置一个矩形硅胶垫,在矩形硅胶垫中间放置一层碳纤维布,碳纤维布的长L为100mm,宽与矩形硅胶垫内的宽相当,为30mm。
具体地,根据测试需求制作3个下夹具,分别将矩形硅胶垫和碳纤维布放置区10的槽深加工成0.5mm、0.4mm和0.3mm,将3个不同的下夹具分别装配到测试系统中,就可以测出碳纤维布在不同压缩剩余量下的渗透率。
本实施例中,O型密封圈放置区9的槽深为1.6mm,采用矩形硅胶垫和碳纤维布放置区10槽深0.5mm的夹具,当上下夹具之间紧紧接触,碳纤维布就被压缩至0.5mm,碳纤维布与矩形硅胶垫之间的配合使得水不会轻易从间隙流过,减小了渗透率的试验误差。同样再用其他深度的夹具测试。
实施例2
采用实施例1的装置,一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试方法,包括操作:
在所述碳纤维布夹具内铺设碳纤维布和矩形硅胶垫,用螺栓固定上下夹具、连接管路;
用泵将水箱中的流体送入碳纤维布夹具,流体从进口流入、从出口流出,流出的量用量筒计量体积,计时工具计量量筒内达到一定体积所用时间;
用压力表测量所述碳纤维布夹具入口流体压力,
变频器通过控制水泵频率达到调节夹具供水压力的目的,阀控制整个测试流路的通断。
开启水泵,调节水泵频率,打开阀,在水从夹具流出进入量筒时,开始计时。当量筒内达到设定体积后,停止计时。记录测试过程中的水压。此时,可以得到碳纤维布夹具的入口压力和体积流量,记录压缩后的碳纤维布的有效截面积,求得速度v,
通过下式计算所述碳纤维布的渗透率:
式中,K—碳纤维布渗透率,m2;L—碳纤维布长度,m;Δp—压力差,Pa; μ—流体的动力粘度,Pa•s;v—速度,m/s;
本实施例所用流体为水,水在20℃时的动力粘度约为0.001005Pa•s,本专利中μ=0.001005Pa•s。Δp为下夹具入口压力和出口压力之差,入口压力为压力表测量压力,出口与大气环境直接联通,因此Δp=入口压力-大气压力。
用变频器控制泵频率,调节夹具入口流体压力。
试验两种品牌碳纤维布,分别记为A和B,两种碳布的厚度均为0.6mm,长宽为100×30mm,长边为水流动的方向,测试两种碳纤维布压缩至0.5mm、0.4mm和0.3mm的渗透率。水的动力粘度为0.001005Pa•s。通过调节变频器,可以控制控水压力和流量,每组试验测试多次得到下表。
表1 A、B品牌碳纤维布不同压缩剩余量下的渗透率
A、B两种品牌碳布的渗透率随压缩剩余量的变化趋势见图5。经过试验测试和计算,第2组试验的渗透率最大。渗透率越大,流动阻力越小。因此,可以认为在现有的方案中,B品牌的碳纤维布在压缩剩余量为0.5mm时流动阻力最小。
因此在铁-铬液流电池中选用B品牌碳纤维布,最优压缩剩余量为0.5mm,此时整个电堆的流动阻力最小。
虽然,以上通过实施例对本发明进行了说明,但本领域技术人员应了解,在不偏离本发明精神和实质的前提下,对本发明所做的改进和变型,均应属于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置,其特征在于,包括水箱、变频器、泵、阀、压力表、碳纤维布夹具、量筒和计时工具,
所述碳纤维布夹具具有水的进口和出口,所述水箱通过管路连接水的进口,在所述管路上设置有泵和压力表,所述碳纤维布夹具的水的出口连接所述的量筒;
所述碳纤维布夹具包括上夹具和下夹具,所述下夹具上表面设置有凹下的矩形硅胶垫和碳纤维布放置区,所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区凹下的深度为碳纤维布的压缩剩余量;上夹具和下夹具用螺栓和螺母固定;上夹具和下夹具之间为铺设碳纤维布的位置,在下夹具两个相对的侧面上开孔,分别作为流体的进口和出口,两个孔之间的距离L为所述碳纤维布的长度。
2.根据权利要求1所述的碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置,其特征在于,在所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区内,碳纤维布铺设在所述矩形硅胶垫的上方;下夹具侧面上的开孔与所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区联通。
3.根据权利要求1所述的碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置,其特征在于,在下夹具上表面的矩形硅胶垫和碳纤维布放置区外,围设有密封圈槽,在所述密封圈槽内填充有O型密封圈。
4.根据权利要求1~3任一项所述的碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置,其特征在于,所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区凹下的深度为0.2~0.8mm,和/或
所述泵上设置有变频器。
5.一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试方法,其特征在于,采用权利要求1~4任一项所述的测试装置,包括操作:
在所述碳纤维布夹具内铺设碳纤维布和矩形硅胶垫,用螺栓固定上下夹具、连接管路;
用泵将水箱中的流体送入碳纤维布夹具,流体从进口流入、从出口流出,流出的量用量筒计量体积,计时工具计量量筒内达到一定体积所用时间;
用压力表测量所述碳纤维布夹具入口流体压力,
记录压缩后的碳纤维布的有效截面积。
7.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于,还包括操作:选择所述矩形硅胶垫和碳纤维布放置区不同的凹下深度以控制碳纤维布的压缩程度。
8.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于,用变频器控制泵频率,调节夹具入口流体压力。
9.权利要求5~8任一项所述的测试方法的应用,其特征在于,测试碳纤维布在不同压缩剩余量下的渗透率,和/或测试不同碳纤维布在相同压缩剩余量下的渗透率,基于渗透率数值在液流电池内进行碳纤维布的组装。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110021484.8A CN112345432B (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110021484.8A CN112345432B (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112345432A CN112345432A (zh) | 2021-02-09 |
CN112345432B true CN112345432B (zh) | 2021-04-09 |
Family
ID=74427337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110021484.8A Active CN112345432B (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112345432B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01138440A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Ishikawa Pref Gov | 被服用布地の特性測定装置 |
CN101051019A (zh) * | 2007-05-15 | 2007-10-10 | 北京航空航天大学 | 纤维铺层面内及厚度方向渗透率测试装置与饱和渗透率测试方法 |
CN102768174A (zh) * | 2011-05-06 | 2012-11-07 | 中国石油大学(北京) | 测定原煤渗透率的实验装置及方法 |
CN102778424A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-11-14 | 山东大学 | 一种纤维织物厚度方向渗透率测试装置和测试方法 |
CN103149140A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-06-12 | 江苏博特新材料有限公司 | 一种多孔介质透气性评估装置 |
CN211402069U (zh) * | 2019-12-26 | 2020-09-01 | 华侨大学 | 一种渗透率测试仪 |
CN111929212A (zh) * | 2019-05-13 | 2020-11-13 | 姚远 | 非接触式纤维渗透率测量系统及其方法 |
CN112098298A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-18 | 安徽明天氢能科技股份有限公司 | 一种测试燃料电池碳纸各向异性渗透率的装置及方法 |
-
2021
- 2021-01-08 CN CN202110021484.8A patent/CN112345432B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01138440A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Ishikawa Pref Gov | 被服用布地の特性測定装置 |
CN101051019A (zh) * | 2007-05-15 | 2007-10-10 | 北京航空航天大学 | 纤维铺层面内及厚度方向渗透率测试装置与饱和渗透率测试方法 |
CN102768174A (zh) * | 2011-05-06 | 2012-11-07 | 中国石油大学(北京) | 测定原煤渗透率的实验装置及方法 |
CN102778424A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-11-14 | 山东大学 | 一种纤维织物厚度方向渗透率测试装置和测试方法 |
CN103149140A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-06-12 | 江苏博特新材料有限公司 | 一种多孔介质透气性评估装置 |
CN111929212A (zh) * | 2019-05-13 | 2020-11-13 | 姚远 | 非接触式纤维渗透率测量系统及其方法 |
CN211402069U (zh) * | 2019-12-26 | 2020-09-01 | 华侨大学 | 一种渗透率测试仪 |
CN112098298A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-18 | 安徽明天氢能科技股份有限公司 | 一种测试燃料电池碳纸各向异性渗透率的装置及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112345432A (zh) | 2021-02-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN201926543U (zh) | 一种质子交换膜燃料电池膜电极的检漏装置 | |
US7048839B2 (en) | System and method for generating high pressure hydrogen | |
CN109390619B (zh) | 燃料电池组装测试集成平台及系统 | |
CN102297827B (zh) | 燃料电池膜电极透气性的测试方法及测试池和测试装置 | |
Lee et al. | The development of air-breathing proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) with a cylindrical configuration | |
JP2019031700A (ja) | 水素供給システム | |
CN109374520B (zh) | 流动薄液膜下金属大气腐蚀电化学测试系统 | |
CN112098298A (zh) | 一种测试燃料电池碳纸各向异性渗透率的装置及方法 | |
CN104006935A (zh) | 燃料电池双极板透气率测定装置 | |
US8007944B2 (en) | Active test fuel cell for characterizing and qualifying cell-internal fuel cell components | |
CN112345432B (zh) | 一种碳纤维布铺层方向渗透率的测试装置及测试方法 | |
CN113029900A (zh) | 氢能与燃料电池中多孔输运层传质性能的测量系统及方法 | |
KR102249209B1 (ko) | 연료전지용 막전극접합체의 연속 검사장치 및 검사방법 | |
CN213546373U (zh) | 一种测试燃料电池的去离子水控制系统 | |
US20230122705A1 (en) | Hydrogen system and method of operating hydrogen system | |
CN201425569Y (zh) | 兼具测试材料纵向和横向透气度的测试夹具和测试仪 | |
JP6894253B2 (ja) | 酸素拡散係数測定装置 | |
CN214894731U (zh) | 一种测试燃料电池碳纸各向异性渗透率的装置 | |
CN110336042B (zh) | 一种气体扩散阴极及其制备方法与应用 | |
CN208819995U (zh) | 燃料电池堆装置 | |
Kitahara et al. | Hydrophilic and hydrophobic double MPL coated GDL to enhance PEFC performance under low and high humidity conditions | |
CN218212539U (zh) | 一种气体流阻率测量装置 | |
Wang et al. | (Digital Presentation) effect of the hydrophilic layer in double microporous layer coated gas diffusion layer on PEFC performance | |
CN111359445A (zh) | 一种测量薄膜透水性的装置 | |
Kitahara et al. | Gas diffusion media and NaCl contamination of polymer electrolyte fuel cells for marine applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |