CN113740250A - 一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法及装置，所述方法包括：获取第一金属双极板，并测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，基于所述第一结合力得到初始结合力；获取第二金属双极板，并模拟燃料电池的若干种不同工况，在所述第二金属双极板工作于所述若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，基于所述第二结合力得到模拟结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；根据所述初始结合力和所述模拟结合力，得到金属双极板涂层结合力的衰减程度。本发明能够有效保证金属双极板涂层结合力衰减程度测试的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法及装置。
背景技术
金属双极板相对于传统石墨双极板具有高电导率、高气密性、力学性能好、易加工等优势。但金属双极板在燃料电池工作环境下发生的钝化和钝化膜溶解现象影响了燃料电池的性能，因此，常通过沉积涂层的方式提高金属双极板的耐蚀性及表面导电性使其性能满足要求。但由于涂层材料与金属材料的差异性，涂层与金属双极板之间存在相容性问题。燃料电池在交通工具中应用较多，工况变化使得燃料电池内部电位及温度变化频繁，这容易使得涂层性能下降，同时燃料电池内部伴有高电位及氧气通入的酸性环境容易使涂层腐蚀，使涂层出现结合力下降的现象。
现有技术测量涂层结合力的方法有压缩法、拉伸法、压入法、划痕法等，但其只能测量涂层初始结合力，未考虑燃料电池工作环境对涂层结合力的影响。
因此，提供一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法及装置显得尤为必要。
发明内容
本申请的目的是提供一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法及装置，以解决现有技术的问题，能够有效保证金属双极板涂层结合力衰减程度测试的准确性。
为实现上述目的，本申请提供了如下方案：本申请提供一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法，包括：
获取第一金属双极板，并测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，基于所述第一结合力得到初始结合力；
获取第二金属双极板，并模拟燃料电池的若干种不同工况，在所述第二金属双极板工作于所述若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，基于所述第二结合力得到模拟结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；
根据所述初始结合力和所述模拟结合力，得到金属双极板涂层结合力的衰减程度。
可选地，所述若干种不同工况包括以下至少之一：怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况；
其中，所述怠速工况的模拟方法包括：在低电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况的模拟；
所述启停工况的模拟方法包括：在高电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时启停工况的模拟；
所述冷启动时的内加热工况的模拟方法包括：在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟；
在所述若干种不同工况的模拟过程中，将所述第二金属双极板置于模拟溶液中进行工作，所述模拟溶液采用PH＝3,含有0.1ppm氟离子的硫酸溶液，且所述模拟溶液中通有氢气或氧气。
可选地，得到所述初始结合力的方法包括：
获取所述第一金属双极板作为被测样品；
多次测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，并对得到的多个所述第一结合力求均值，得到所述初始结合力。
可选地，得到所述模拟结合力的方法包括：
获取所述第二金属双极板作为被测样品；
将所述第二金属双极板设置为工作电极并工作于怠速工况，在第一预设温度和第一预设电位下对所述第二金属双极板进行恒电位极化测试，测试时间为第一预设时长；
使所述第二金属双极板工作于启停工况，在第一预设温度和第二预设电位下对所述第二金属双极板进行恒电位极化测试，测试时间为第二预设时长；
使所述第二金属双极板工作于冷启动时的内加热工况，在预设温度区间内进行温度循环测试，测试时间为第三预设时长；
多次测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，并对得到的多个所述第二结合力求均值，得到所述模拟结合力。
可选地，所述第一预设温度为60℃-85℃；
所述预设温度区间为-30℃-60℃；
所述第一预设电位为0.8V；所述第二预设电位为1.6V；其中，所述第一预设电位、所述第二预设电位的电位值均为相对于标准氢电极的电位值；
所述第一预设时长为24h，所述第二预设时长为1h，所述第三预设时长为10h。
可选地，金属双极板涂层结合力的衰减程度a的计算如下式所示：
式中，Fa为初始结合力，Fb为模拟结合力。
本发明还提供一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量装置，包括：结合力测量装置、工况模拟装置、控制装置；所述结合力测量装置和所述工况模拟装置均与所述控制装置连接；
所述结合力测量装置用于测定第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力；还用于在第二金属双极板工作于燃料电池的若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；
所述工况模拟装置用于根据工况模拟指令对燃料电池的所述若干种不同工况进行模拟；
所述控制装置用于分别根据所述第一结合力、第二结合力获取初始结合力、模拟结合力，并根据所述初始结合力和所述模拟结合力获取金属双极板涂层结合力的衰减程度；所述控制装置还用于向所述工况模拟装置发送所述工况模拟指令。
可选地，所述工况模拟装置所模拟的所述若干种不同工况包括以下至少之一：怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况；
其中，所述怠速工况的模拟方法包括：在低电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况的模拟；
所述启停工况的模拟方法包括：在高电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时启停工况的模拟；
所述冷启动时的内加热工况的模拟方法包括：在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟。
可选地，所述工况模拟装置包括恒电位极化测试装置、冷热循环装置；
所述恒电位极化测试装置用于在低电位和/或高电位时进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况和/或启停工况的模拟；
所述冷热循环装置用于在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟；
所述恒电位极化测试装置包括三电极体系电解池、法拉第笼、电化学工作站；所述的三电极体系电解池设于所述法拉第笼内部，所述的三电极体系电解池与所述电化学工作站相连；
所述三电极体系电解池用于盛放模拟溶液，所述的三电极体系电解池外部包裹有恒温水套；
所述法拉第笼用于屏蔽外界电荷对恒电位极化测试的干扰；
所述电化学工作站用于在所述恒电位极化测试的过程中提供恒电位，还用于记录电极的电流数据。
可选地，所述三电极体系电解池还连接有充气装置，所述充气装置用于向所述模拟溶液中通入氢气或氧气；其中，所述模拟溶液采用PH＝3,含有0.1ppm氟离子的硫酸溶液。
本申请公开了以下技术效果：
本申请提供了一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法及装置，在金属双极板涂层结合力衰减程度测试过程中，充分考虑到燃料电池的工作环境，包括燃料电池的温度变化、电位变化、溶液成分，通过测量金属双极板涂层经历燃料电池工作前后的结合力，得到初始结合力和模拟结合力，通过初始结合力和模拟结合力能够有效计算金属双极板涂层结合力衰减程度，测量及计算过程简单，能够有效保证金属双极板涂层结合力衰减程度测试的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法流程图；
图2为本申请实施例中金属双极板涂层结合力衰减程度的测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
参照图1所示，本实施例提供一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法，包括：
S1、获取第一金属双极板，并测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，基于所述第一结合力得到初始结合力；
该步骤中，基于所述第一结合力得到初始结合力的方法有多种，例如，本实施例中获取初始结合力的方法包括：
获取所述第一金属双极板作为被测样品；
多次测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，并对得到的多个所述第一结合力求均值，得到所述初始结合力。
S2、获取第二金属双极板，并模拟燃料电池的若干种不同工况，在所述第二金属双极板工作于所述若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，基于所述第二结合力得到模拟结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；
该步骤中，燃料电池的工况有多种，本实施例中选取对燃料电池涂层性能影响较大的怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况；
其中，怠速工况的模拟方法包括：在低电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况的模拟；启停工况的模拟方法包括：在高电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时启停工况的模拟；冷启动时的内加热工况的模拟方法包括：在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟。在若干种不同工况的模拟过程中，将第二金属双极板置于模拟溶液中进行工作，模拟溶液采用PH＝3,含有0.1ppm氟离子的硫酸溶液，并向模拟溶液中通入氢气或氧气。
通过第二金属双极板得到模拟结合力的方法可以有多种，作为可选方案，本实施例中得到所述模拟结合力的方法包括：
S2.1、获取所述第二金属双极板作为被测样品；第二金属双极板与第一金属双极板为平行样，平行样的测定结果在一定程度上反映了测试的精密度水平。
S2.2、将所述第二金属双极板设置为工作电极并工作于怠速工况，在第一预设温度和第一预设电位下对所述第二金属双极板进行恒电位极化测试，测试时间为第一预设时长；该步骤中，第一预设温度、第一预设电位和第一预设时长根据燃料电池的实际工作状况进行确定，本实施例中，第一预设温度为60℃-85℃，第一预设电位为0.8V，第一预设时长为24h。
S2.3、使低电位极化测试后的所述第二金属双极板工作于启停工况，在第一预设温度和第二预设电位下对所述第二金属双极板进行恒电位极化测试，测试时间为第二预设时长；该步骤中，启停工况的预设工作温度与怠速工况的预设工作温度相同，第二预设电位和第二预设时长根据燃料电池的实际工作状况进行确定，本实施例中，第二预设电位为1.6V，第二预设时长为1h。
S2.4、使所述第二金属双极板工作于冷启动时的内加热工况，在预设温度区间内进行温度循环测试，测试时间为第三预设时长；该步骤中，预设温度区间和第三预设时长根据燃料电池的实际工作状况进行确定，本实施例中，预设温度区间为-30℃-60℃，第三预设时长为10h；
其中，所述第一预设电位、所述第二预设电位的电位值均为相对于标准氢电极的电位值，即第一预设电位为0.8V(vs SHE)，第二预设电位为1.6V(vs SHE)。
S2.5、多次测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，并对得到的多个所述第二结合力求均值，得到所述模拟结合力。
S3、根据所述初始结合力和所述模拟结合力，得到金属双极板涂层结合力的衰减程度；
该步骤中，金属双极板涂层结合力的衰减程度a的计算如下式所示：
式中，Fa为初始结合力，Fb为模拟结合力。
可选地，第一结合力、第二结合力的测定方法有多种，例如，压缩法、拉伸法、压入法、划痕法等，本实施例中，采用划痕法进行第一结合力、第二结合力的测定。
通过上述步骤，金属双极板涂层结合力衰减程度测试过程中，充分考虑到燃料电池的工作环境，包括燃料电池的温度变化、电位变化、溶液成分，通过测量金属双极板涂层经历燃料电池工作前后的结合力，得到初始结合力和模拟结合力，通过初始结合力和模拟结合力能够有效计算金属双极板涂层结合力衰减程度，测量及计算过程简单，能够有效保证金属双极板涂层结合力衰减程度测试的准确性。
在本实施例中，还提供一种电子装置，包括存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序用于执行以上实施例中的方法。
该电子装置还包括一个软件模块或硬件构成的装置，例如，在本实施例中该软件模块或硬件构成的装置，可以称为一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量装置，如图2所示，该装置包括：结合力测量装置、工况模拟装置、控制装置；所述结合力测量装置和所述工况模拟装置均与所述控制装置连接；其中，
结合力测量装置用于测定第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力；还用于在第二金属双极板工作于燃料电池的若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；可选地，工况模拟装置所模拟的所述若干种不同工况包括：怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况；所述怠速工况的模拟方法包括：在低电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况的模拟；启停工况的模拟方法包括：在高电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时启停工况的模拟；冷启动时的内加热工况的模拟方法包括：在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟。
为实现对怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况的模拟，工况模拟装置包括恒电位极化测试装置、冷热循环装置；恒电位极化测试装置用于在低电位和/或高电位时进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况和/或启停工况的模拟；冷热循环装置用于在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟。
作为可选方案，所述恒电位极化测试装置包括三电极体系电解池、法拉第笼、电化学工作站；所述的三电极体系电解池设于所述法拉第笼内部，所述的三电极体系电解池与所述电化学工作站相连；
所述三电极体系电解池用于盛放模拟溶液，所述的三电极体系电解池外部包裹有恒温水套；
所述法拉第笼是一个由金属或者良导体形成的笼子，用于屏蔽外界电荷对恒电位极化测试的干扰；
所述电化学工作站用于在所述恒电位极化测试的过程中提供恒电位，还用于记录电极的电流数据；电化学工作站通过导线连接有三个夹子，通过三个夹子分别夹在三电极体系电解池的三个电极上(三个电极包括工作电极、参比电极、对电极，其中，工作电极与参比电极形成电压回路，工作电极与对电极形成电流回路，参比电极在本实施例中为标准氢电极，对电极通常使用铂电极，工作电极由第二金属双极板制作而成)，为工作电极提供恒电位，并记录工作电极上的电流，从而完成恒电位极化测试。
所述工况模拟装置用于根据工况模拟指令对燃料电池的所述若干种不同工况进行模拟；
三电极体系电解池还连接有充气装置，所述充气装置用于向所述模拟溶液中通入氢气或氧气；其中，所述模拟溶液采用PH＝3,含有0.1ppm氟离子的硫酸溶液。
所述控制装置用于分别根据所述第一结合力、第二结合力获取初始结合力、模拟结合力，并根据所述初始结合力和所述模拟结合力获取金属双极板涂层结合力的衰减程度；所述控制装置还用于向所述工况模拟装置发送所述工况模拟指令。
可选地，结合力测量装置采用划痕仪测量第一金属双极板和/或第二金属双极板中涂层与金属基材之间的结合力。
可选地，控制装置还连接有无线通讯模块，控制装置通过无线通讯模块连接有远程遥控模块；所述远程遥控模块用于向所述控制装置发送所述工况模拟指令。
可选地，控制装置还连接有输入装置，输入装置用于测试人员手动输入工况模拟指令。
以上所述的实施例仅是对本申请的优选方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量方法，其特征在于，包括：
获取第一金属双极板，并测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，基于所述第一结合力得到初始结合力；
获取第二金属双极板，并模拟燃料电池的若干种不同工况，在所述第二金属双极板工作于所述若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，基于所述第二结合力得到模拟结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；
根据所述初始结合力和所述模拟结合力，得到金属双极板涂层结合力的衰减程度。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述若干种不同工况包括以下至少之一：怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况；
其中，所述怠速工况的模拟方法包括：在低电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况的模拟；
所述启停工况的模拟方法包括：在高电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时启停工况的模拟；
所述冷启动时的内加热工况的模拟方法包括：在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟；
在所述若干种不同工况的模拟过程中，将所述第二金属双极板置于模拟溶液中进行工作，所述模拟溶液采用PH＝3,含有0.1ppm氟离子的硫酸溶液，且所述模拟溶液中通有氢气或氧气。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，得到所述初始结合力的方法包括：
获取所述第一金属双极板作为被测样品；
多次测定所述第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力，并对得到的多个所述第一结合力求均值，得到所述初始结合力。
4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，得到所述模拟结合力的方法包括：
获取所述第二金属双极板作为被测样品；
将所述第二金属双极板设置为工作电极并工作于怠速工况，在第一预设温度和第一预设电位下对所述第二金属双极板进行恒电位极化测试，测试时间为第一预设时长；
使所述第二金属双极板工作于启停工况，在第一预设温度和第二预设电位下对所述第二金属双极板进行恒电位极化测试，测试时间为第二预设时长；
使所述第二金属双极板工作于冷启动时的内加热工况，在预设温度区间内进行温度循环测试，测试时间为第三预设时长；
多次测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力，并对得到的多个所述第二结合力求均值，得到所述模拟结合力。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，
所述第一预设温度为60℃-85℃；
所述预设温度区间为-30℃-60℃；
所述第一预设电位为0.8V；所述第二预设电位为1.6V；其中，所述第一预设电位、所述第二预设电位的电位值均为相对于标准氢电极的电位值；
所述第一预设时长为24h，所述第二预设时长为1h，所述第三预设时长为10h。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，金属双极板涂层结合力的衰减程度a的计算如下式所示：
式中，Fa为初始结合力，Fb为模拟结合力。
7.一种金属双极板涂层结合力衰减程度的测量装置，其特征在于，包括：结合力测量装置、工况模拟装置、控制装置；所述结合力测量装置和所述工况模拟装置均与所述控制装置连接；
所述结合力测量装置用于测定第一金属双极板的涂层与金属基材之间的第一结合力；还用于在第二金属双极板工作于燃料电池的若干种不同工况后，测定所述第二金属双极板的涂层与金属基材之间的第二结合力；其中，所述第二金属双极板与所述第一金属双极板为平行样；
所述工况模拟装置用于根据工况模拟指令对燃料电池的所述若干种不同工况进行模拟；
所述控制装置用于分别根据所述第一结合力、第二结合力获取初始结合力、模拟结合力，并根据所述初始结合力和所述模拟结合力获取金属双极板涂层结合力的衰减程度；所述控制装置还用于向所述工况模拟装置发送所述工况模拟指令。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述工况模拟装置所模拟的所述若干种不同工况包括以下至少之一：怠速工况、启停工况和冷启动时的内加热工况；
其中，所述怠速工况的模拟方法包括：在低电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况的模拟；
所述启停工况的模拟方法包括：在高电位进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时启停工况的模拟；
所述冷启动时的内加热工况的模拟方法包括：在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述工况模拟装置包括恒电位极化测试装置、冷热循环装置；
所述恒电位极化测试装置用于在低电位和/或高电位时进行恒电位极化测试，完成燃料电池运行时怠速工况和/或启停工况的模拟；
所述冷热循环装置用于在冷热循环条件下，进行温度循环测试，完成燃料电池在冷启动时内加热工况的模拟；
所述恒电位极化测试装置包括三电极体系电解池、法拉第笼、电化学工作站；所述的三电极体系电解池设于所述法拉第笼内部，所述的三电极体系电解池与所述电化学工作站相连；
所述三电极体系电解池用于盛放模拟溶液，所述的三电极体系电解池外部包裹有恒温水套；
所述法拉第笼用于屏蔽外界电荷对恒电位极化测试的干扰；
所述电化学工作站用于在所述恒电位极化测试的过程中提供恒电位，还用于记录电极的电流数据。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述三电极体系电解池还连接有充气装置，所述充气装置用于向所述模拟溶液中通入氢气或氧气；其中，所述模拟溶液采用PH＝3,含有0.1ppm氟离子的硫酸溶液。
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