CN116435552B - 膜电极测试方法和装置 - Google Patents

膜电极测试方法和装置

Info

Publication number
CN116435552B
CN116435552B CN202111654056.5A CN202111654056A CN116435552B CN 116435552 B CN116435552 B CN 116435552B CN 202111654056 A CN202111654056 A CN 202111654056A CN 116435552 B CN116435552 B CN 116435552B
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane electrode
anode
preset
voltage
test
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
Application number
CN202111654056.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116435552A (zh
Inventor
张宁
马洪科
吉田泰树
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weishi Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Weishi Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weishi Energy Technology Co Ltd filed Critical Weishi Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202111654056.5A priority Critical patent/CN116435552B/zh
Publication of CN116435552A publication Critical patent/CN116435552A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116435552B publication Critical patent/CN116435552B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/003—Environmental or reliability tests
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种膜电极测试方法和装置，对膜电极循环进行多个圈数的测试，每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试，进而实现对膜电极阳极催化层的耐久测试。其中阳极电压循环耐久测试主要是针对车辆启停过程对膜电极造成的影响，因此本实施例的膜电极测试方法，将启停导致的阳极催化剂降解因素考虑在内。抗反极测试对应氢气饥饿的情况，即本实施例的膜电极测试方法和装置，同时考虑阳极反极和启停导致的阳极催化剂降解的情况，进而可以实现根据阳极侧发生的启停和阳极反极的过程，快速测试膜电极的寿命和耐久性，提高测试的准确性。

Description

膜电极测试方法和装置
技术领域
本发明涉及燃料电池膜电极技术领域，尤其涉及一种膜电极测试方法和装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)中的膜电极是燃料电池电化学反应发生的区域，是整个燃料电池系统的核心部件，其输出性能和耐久性决定了燃料电池的性能和寿命。
目前对于膜电极寿命的加速方法主要是针对于阴极催化剂及质子交换膜，而对于阳极反极及启停导致的阳极催化剂降解的加速寿命测试方法少之又少。
部分对于阳极催化剂降解的加速寿命测试方法仅关注了阳极反极对膜电极的影响，忽略了启停导致的催化剂降解对膜电极造成的伤害，导致对于膜电极耐久性的测试不准确。
发明内容
本发明提供一种膜电极测试方法和装置，以实现根据阳极侧发生的启停和阳极反极的过程，快速的测试膜电极的寿命或耐久性，提高测试的准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种膜电极测试方法，包括：对膜电极阳极催化层的耐久测试，具体包括：
对膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，其中每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试。
可选的，对膜电极进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，包括：
对膜电极进行阳极电压循环耐久测试，具体包括：
向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，在预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度的条件下，在燃料电池单电池负载为电压模式下，将燃料电池单电池的阳极和阴极之间施加以预设电压扫描速率变化的预设电压范围的电压，在电压扫描圈数达到预设扫描圈数时，结束一次阳极电压循环耐久测试；
对膜电极进行抗反极测试，具体包括：
向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氢气，阴极侧通入空气或氧气，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将燃料电池单电池负载切换为电流模式，以预设电流密度变化速率增加电流密度至预设电流密度，在保持预设电流密度第一预设时间后，将向燃料电池单电池的阳极侧通入的氢气切换为氮气，持续第二预设时间完成一次抗反极测试；
判断对膜电极的测试是否达到设定结束条件，若是，结束对膜电极的测试；若否，返回对膜电极进行阳极电压循环耐久测试的步骤。
可选的，对膜电极进行阳极电压循环耐久测试之后，以及对膜电极进行抗反极测试之前，还包括：
将燃料电池单电池的电压负载降为0，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将向阴极侧通入的氢气切换为氮气，对燃料电池单电池进行第三预设时间的吹扫。
可选的，对膜电极进行抗反极测试之后，以及判断对膜电极的测试是否达到设定结束条件之前，还包括：
将燃料电池单电池的电流负载降为0，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将向阴极侧通入的气体切换为氮气，对燃料电池单电池进行第四预设时间的吹扫。
可选的，预设压力大于或等于大气压力，预设温度大于或等于75度，预设阴阳极湿度为100％，预设电压范围为0.05V-1V。
可选的，不同测试圈数下抗反极测试对应的预设电流密度不完全相同。
可选的，对膜电极进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，包括：
在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，对膜电极进行中间性能分析；
继续对膜电极进行测试直至达到设定结束条件。
可选的，在对膜电极循环进行多个圈数的测试之前，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一初始电流电压极化曲线以及阴极侧的第二初始电流电压极化曲线；
在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，对膜电极进行中间性能分析，包括：
在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一中间电流电压极化曲线以及阴极侧的第二中间电流电压极化曲线；
根据第一初始电流电压极化曲线和第一中间电流电压极化曲线进行阳极极化中间性能分析；
根据第二初始电流电压极化曲线和第二中间电流电压极化曲线进行阴极极化中间性能分析。
可选的，对膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件之后，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一最终电流电压极化曲线以及阴极侧的第二最终电流电压极化曲线；
根据第一初始电流电压极化曲线和第一最终电流电压极化曲线进行阳极极化最终性能分析；
根据第二初始电流电压极化曲线和第二最终电流电压极化曲线进行阴极极化最终性能分析。
可选的，对膜电极循环进行设定多个圈数的测试之前，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极初始电化学活性面积和阴极初始电化学活性面积；
在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，对膜电极进行中间性能分析，还包括：
在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极中间电化学活性面积和阴极初始电化学活性面积；
根据阳极初始电化学活性面积和阳极中间电化学活性面积，以及阴极初始电化学活性面积和阴极中间电化学活性面积进行中间电化学分析。
可选的，在对膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件之后，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极最终电化学活性面积和阴极最终电化学活性面积；
根据阳极初始电化学活性面积和阳极最终电化学活性面积，以及阴极初始电化学活性面积和阴极最终电化学活性面积进行最终电化学分析。
可选的，设定结束条件包括对膜电极循环进行测试的圈数达到预设循环圈数，或者膜电极对应的燃料电池单电池的阳极与阴极之间的压差小于设定电压。
第二方面，本发明实施例还提供了一种膜电极测试装置，其特征在于，包括：
测试模块，用于对膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，其中每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试。
本发明实施例的膜电极测试方法和装置，对膜电极循环进行多个圈数的测试，每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试，进而实现对膜电极阳极催化层的耐久测试。其中阳极电压循环耐久测试的过程主要是针对车辆启停过程对膜电极造成的影响，因此本实施例的膜电极测试方法，将启停导致的阳极催化剂降解因素考虑在内。抗反极测试对应氢气饥饿的情况，即本实施例的膜电极测试方法和装置，同时考虑阳极反极和启停导致的阳极催化剂降解的情况，进而可以实现根据阳极侧发生的启停和阳极反极的过程，快速测试膜电极的寿命和耐久性，提高测试的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种膜电极测试方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种膜电极测试方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的再一种膜电极测试方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种膜电极测试方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的再一种膜电极测试方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的另一种膜电极测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种膜电极测试方法，图1是本发明实施例提供的一种膜电极测试方法的流程图，参考图1，该膜电极测试方法包括对膜电极阳极催化层的耐久测试，其中对膜电极阳极催化层的耐久测试包括阳极电压循环耐久测试和抗反极测试，该膜电极测试方法具体包括：
步骤110、对膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，其中每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试。
在运行过程中，阳极一般会经历以下三种过程，启停、正常运行和氢气饥饿，其中启停和氢气饥饿会对膜电极造成严重的伤害。燃料电池启动时会将氢气通入含有大量空气的阳极流道，而电池停止运行后，空气则会扩散到含有残余氢气的阳极中，在这两种过程中就会行成氢氧界面，研究表明，阳极形成的氢氧界面会加速阴极催化层的碳腐蚀。同样地，氢气饥饿可能发生在燃料电池车辆的不同的操作模式中，如启动、停止和负载循环等。此外，供氢系统故障、阳极流动通道的淹没以及外来杂质的掺入也可能导致氢气短缺。当发生氢气饥饿时，阳极不能提供足够的电子和质子，导致电压增加，从而发生水电解和碳氧化反应，容易引起阳极反极。
本实施例中，对膜电极循环进行多个圈数的测试，每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试，进而实现对膜电极阳极催化层的耐久测试。其中阳极电压循环耐久测试主要是针对车辆启停过程对膜电极造成的影响，因此本实施例的膜电极测试方法，将启停导致的阳极催化剂降解因素考虑在内。抗反极测试对应氢气饥饿的情况，即本实施例的膜电极测试方法，同时考虑阳极反极和启停导致的阳极催化剂降解的情况，进而可以实现根据阳极侧发生的启停和阳极反极的过程，快速测试膜电极的寿命和耐久性，提高测试的准确性。
图2是本发明实施例提供的另一种膜电极测试方法的流程图，参考图2，可选的，该膜电极测试方法包括：
步骤210、对膜电极进行阳极电压循环耐久测试。
其中，该步骤210具体包括：向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，在预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度的条件下，在燃料电池单电池负载为电压模式下，将燃料电池单电池的阳极和阴极之间施加以预设电压扫描速率变化的预设电压范围的电压，在电压扫描圈数达到预设扫描圈数时，结束一次阳极电压循环耐久测试。
具体的，可以先将膜电极制成燃料电池单电池，之后向阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，在预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度的条件下，在燃料电池单电池负载为电压模式下，将燃料电池单电池的阳极和阴极之间施加以预设电压扫描速率变化的预设电压范围的电压，可选的，预设电压范围为0.05V-1V，则向燃料电池单电池的阳极与阴极之间施加的电压可以从0.05V以预设电压扫描速率升高至1V后，继续从1V以预设电压扫描速率降低至0.05V，电压从0.05V升高至1V，再从1V降低至0.05V可以视为一个电压扫描圈数，在电压扫描圈数达到预设扫描圈数时，结束一次阳极电压循环耐久测试。示例性的，电压扫描速率可以是大于或等于100mV/s，当然也可根据实际情况设置电压扫描速率为其他值，本实施例在此不做具体限定。预设扫描圈数可根据实际测试情况进行设定。
本步骤中，对膜电极进行阳极电压循环耐久测试的过程，可以涵盖了燃料电池工作的整个过程，因此包括了启停过程，因此本实施例中进行阳极电压循环耐久测试关注了启停对阳极催化层的影响，使得对膜电极的测试更加全面。
可选的，预设压力大于或等于大气压力，预设温度大于或等于75℃，预设阴阳极湿度为100％。预设阴阳极湿度包括预设阴极湿度和预设阳极湿度，预设阴阳极湿度为100％表示预设阴极湿度为100％且预设阳极湿度为100％。
步骤220、对膜电极进行抗反极测试。
其中，该步骤220具体包括：向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氢气，阴极侧通入空气或氧气，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将燃料电池单电池负载切换为电流模式，以预设电流密度变化速率增加电流密度至预设电流密度，在保持预设电流密度第一预设时间后，将向燃料电池单电池的阳极侧通入的氢气切换为氮气，持续第二预设时间完成一次抗反极测试。
具体的，向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氢气，阴极侧通入空气或氧气，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将燃料电池单电池负载切换为电流模式，以预设电流密度变化速率增加电流密度至预设电流密度(其中预设电流密度变化速率和预设电流密度大小与进行测试的测试台相关，可以根据实际情况进行具体设置，具体大小本实施例在此不做具体限定)，并保持预设电流密度第一预设时间，使得燃料电池单电池进入到正常运行的工作状态。然后向燃料电池单电池的阳极侧通入的氢气切换为氮气，并持续第二预设时间，形成氢气饥饿的环境，实现对阳极抗反极的测试。可选的，第一预设时间为300秒，第二预设时间为10分钟。
步骤230、判断对膜电极的测试是否达到设定结束条件。
可选的，设定结束条件包括对膜电极循环进行测试的圈数达到预设循环圈数，或者设定结束条件包括膜电极对应的燃料电池单电池的阳极与阴极之间的压差小于设定电压。
具体的，阳极与阴极之间的压差小于设定电压，说明已经发生阳极反极，示例性的，设定电压可以为-2V。但是由于阳极与阴极之间的压差达到小于设定电压可能需要对膜电极进行很多圈测试才可达到，需要的测试时间较长，因此在测试时间有限时，可以通过设置设定结束条件为对膜电极循环进行测试的圈数达到预设循环圈数，进而有效控制测试时间。示例性的，在同时对不同的膜电极进行测试时，通过在对不同膜电极进行预设循环圈数的测试后，膜电极的性能对比即可得到耐久性相对较好的膜电极和耐久性相对较差的膜电极。
若是，执行步骤240：结束对膜电极的测试。
若否，返回对膜电极进行阳极电压循环耐久测试的步骤，即返回步骤210。
本实施例中，阳极电压循环耐久测试和抗反极测试的压力条件和温度条件相同，有利于缩短测试时间，提升测试效率。在本发明其他可选实施例中，阳极电压循环耐久测试和抗反极测试的压力条件和温度条件也可以不同，本发明在此不做具体限定。
图3是本发明实施例提供的再一种膜电极测试方法的流程图，参考图3，该膜电极测试方法包括：
步骤310、向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，在预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度的条件下，在燃料电池单电池负载为电压模式下，将燃料电池单电池的阳极和阴极之间施加以预设电压扫描速率变化的预设电压范围的电压，在电压扫描圈数达到预设扫描圈数时，结束一次阳极电压循环耐久测试；该步骤310与上述实施例中步骤210过程相同，在此不再赘述。
步骤320、将燃料电池单电池的电压负载降为0，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将向阴极侧通入的氢气切换为氮气，对燃料电池单电池进行第三预设时间的吹扫。
具体的，在进行阳极电压循环耐久测试与抗反极测试之间增加氮气吹扫的步骤，因步骤310中，向阳极侧通入的气体为氮气，向阴极侧通入的气体为氢气，本步骤320中，不改变向阳极侧通入的气体，将向阴极通入的氢气切换为氮气，即对阳极侧和阴极侧均进行第三预设时间的氮气吹扫，进而将电压负载逐渐降低为0，避免对膜电极进行测试的测试台急停，保证测试的正常进行。
步骤330、向膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氢气，阴极侧通入空气或氧气，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将燃料电池单电池负载切换为电流模式，以预设电流密度变化速率增加电流密度至预设电流密度，在保持预设电流密度第一预设时间后，将向燃料电池单电池的阳极侧通入的氢气切换为氮气，持续第二预设时间完成一次抗反极测试；该步骤330与上述实施例中步骤220过程相同，在此不再赘述。
步骤340、将燃料电池单电池的电流负载降为0，保持预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度不变，将向阴极侧通入的气体切换为氮气，对燃料电池单电池进行第四预设时间的吹扫。
在步骤330抗反极测试完成时，向燃料电池单电极的阳极侧通入的气体为氮气，阴极侧通入的气体为空气或氧气，本步骤340中，不改变向阳极侧通入的气体，将阴极侧通入的气体切换为氮气，并对阳极侧和阴极侧均进行第四预设时间的氮气吹扫，进而将电流负载逐渐减低为0，避免对膜电极进行测试的测试台急停，保证测试的正常进行。
步骤350、判断对膜电极的测试是否达到设定结束条件。
若是，执行步骤360：停止对膜电极的测试。
若否，返回对膜电极进行阳极电压循环耐久测试的步骤，即返回步骤310。
在上述各实施例的基础上，可选的，不同测试圈数下抗反极测试对应的预设电流密度不完全相同。
示例性的，第一圈测试时预设电流密度为0.2A/cm2，第二圈测试时预设电流密度为0.5A/cm2，第三圈测试时预设电流密度为0.2A/cm2。在本发明其他可选的实施例中，可以根据实际测试情况设置各测试圈数下抗反极测试的预设电流密度。
图4是本发明实施例提供的又一种膜电极测试方法的流程图，参考图4，可选的，该膜电极测试方法包括：
步骤410、在对膜电极循环进行设定圈数的测试。
其中，设定圈数的测试未达到设定结束条件。设定圈数的测试中，每一圈数的测试均包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试。
步骤420、对膜电极进行中间性能分析。
具体的，对膜电极进行的中间性能分析可以包括电化学分析、阳极极化性能分析和阴极极化性能分析。
步骤430、继续对膜电极进行测试直至达到设定结束条件。
在本发明的又一可选实施例中，对膜电极测试结束后，可以对膜电极进行最终性能分析。
图5是本发明实施例提供的再一种膜电极测试方法的流程图，参考图5，可选的，该膜电极测试方法包括：
步骤510、获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一初始电流电压极化曲线以及阴极侧的第二初始电流电压极化曲线。
步骤520、在对膜电极循环进行设定圈数的测试。
步骤530、在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一中间电流电压极化曲线以及阴极侧的第二中间电流电压极化曲线。
步骤540、根据第一初始电流电压极化曲线和第一中间电流电压极化曲线进行阳极极化中间性能分析。
具体的，可以根据第一初始电流电压极化曲线中某一第一设定电流Ia对应的第一极化电压，以及第一中间电流电压极化曲线中同一第一设定电流Ia下对应的第二极化电压差值的相反数与第一极化电压的比值来评价阳极的中间极化性能。
步骤550、根据第二初始电流电压极化曲线和第二中间电流电压极化曲线进行阴极极化中间性能分析。
具体的，可以根据第二初始电流电压极化曲线中某一第二设定电流Ib对应的第三极化电压，以及第二中间电流电压极化曲线中同一第二设定电流Ib下对应的第四极化电压差值的相反数与第三极化电压的比值来评价阴极的中间极化性能。
步骤560、继续对膜电极进行测试直至达到设定结束条件。
步骤570、获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一最终电流电压极化曲线以及阴极侧的第二最终电流电压极化曲线。
步骤580、根据第一初始电流电压极化曲线和第一最终电流电压极化曲线进行阳极极化最终性能分析。
具体的，可以根据第一初始电流电压极化曲线中某一第一设定电流Ia对应的第一极化电压，以及第一最终电流电压极化曲线中同一第一设定电流Ia下对应的第五极化电压差值的相反数与第一极化电压的比值来评价阳极的最终极化性能。
步骤590、根据第二初始电流电压极化曲线和第二最终电流电压极化曲线进行阴极极化最终性能分析。
具体的，可以根据第二初始电流电压极化曲线中某一第二设定电流Ib对应的第三极化电压，以及第二最终电流电压极化曲线中同一第二设定电流Ib下对应的第六极化电压差值的相反数与第三极化电压的比值来评价阴极的最终极化性能。
图6是本发明实施例提供的另一种膜电极测试方法的流程图，参考图6，可选的，该膜电极测试方法包括：
步骤610、获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极初始电化学活性面积和阴极初始电化学活性面积。
步骤620、在对膜电极循环进行设定圈数的测试。
步骤630、在对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极中间电化学活性面积和阴极中间电化学活性面积。
步骤640、根据阳极初始电化学活性面积和阳极中间电化学活性面积，以及阴极初始电化学活性面积和阴极进行中间电化学分析。
具体的，可以按照如下公式计算对膜电极循环进行设定圈数的测试之后，阳极催化剂的中间电化学活性面积衰减率：
其中，m中间表示阳极催化剂的中间电化学活性面积衰减率，S初始表示燃料电池单电池阳极初始电化学活性面积，S中间表示燃料电池单电池阳极中间电化学活性面积，进而根据电化学活性面积衰减率进行中间电化学分析。
对于阴极催化剂的中间电化学活性面积衰减率的计算方式与阳极催化剂的中间电化学活性面积衰减率计算方式类似，在此不再赘述。
步骤650、继续对膜电极进行测试直至达到设定结束条件。
步骤660、获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极最终电化学活性面积和阴极最终电化学活性面积；
步骤670、根据阳极初始电化学活性面积和阳极最终电化学活性面积，以及阴极初始电化学活性面积和阴极最终电化学活性面积进行最终电化学分析。
具体的，可以按照如下公式计算对膜电极循环进行测试直至达到设定结束条件之后，阳极催化剂的电化学活性面积衰减率：
其中，m最终表示阳极催化剂的最终电化学活性面积衰减率，S初始表示燃料电池单电池阳极初始电化学活性面积，S最终表示燃料电池单电池阳极最终电化学活性面积，进而根据电化学活性面积衰减率进行最终电化学分析。
对于阴极催化剂的最终电化学活性面积衰减率的计算方式与阳极催化剂的最终电化学活性面积衰减率计算方式类似，在此不再赘述。
本实施例还提供了一种膜电极测试装置，该测试装置包括测试模块，用于对膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，其中每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试。
本实施例的测试装置用于执行本发明上述任意实施例的膜电极测试方法，相应的，具备本发明上述任意实施例的膜电极测试方法的有益效果，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种膜电极测试方法，其特征在于，包括：
对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，其中每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试；
对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，包括：
对所述膜电极进行阳极电压循环耐久测试，具体包括：
向所述膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，在预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度的条件下，在所述燃料电池单电池负载为电压模式下，将所述燃料电池单电池的阳极和阴极之间施加以预设电压扫描速率变化的预设电压范围的电压，在电压扫描圈数达到预设扫描圈数时，结束一次所述阳极电压循环耐久测试；
对所述膜电极进行抗反极测试，具体包括：
向所述膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氢气，阴极侧通入空气或氧气，保持所述预设压力、所述预设温度和所述预设阴阳极湿度不变，将所述燃料电池单电池负载切换为电流模式，以预设电流密度变化速率增加电流密度至预设电流密度，在保持所述预设电流密度第一预设时间后，将向燃料电池单电池的阳极侧通入的氢气切换为氮气，持续第二预设时间完成一次所述抗反极测试；
判断对所述膜电极的测试是否达到设定结束条件，若是，结束对所述膜电极的测试；若否，返回对所述膜电极进行阳极电压循环耐久测试的步骤。
2.根据权利要求1所述的膜电极测试方法，其特征在于，对所述膜电极进行阳极电压循环耐久测试之后，以及对所述膜电极进行抗反极测试之前，还包括：
将所述燃料电池单电池的电压负载降为0，保持所述预设压力、所述预设温度和所述预设阴阳极湿度不变，将向所述阴极侧通入的氢气切换为氮气，所述阳极侧通入的气体保持不变，对所述燃料电池单电池进行第三预设时间的吹扫。
3.根据权利要求1所述的膜电极测试方法，其特征在于，对所述膜电极进行抗反极测试之后，以及判断对所述膜电极的测试是否达到设定结束条件之前，还包括：
将所述燃料电池单电池的电流负载降为0，保持所述预设压力、所述预设温度和所述预设阴阳极湿度不变，将向阴极侧通入的气体切换为氮气，所述阳极侧通入的气体保持不变，对所述燃料电池单电池进行第四预设时间的吹扫。
4.根据权利要求1所述的膜电极测试方法，其特征在于，所述预设压力大于或等于大气压力，所述预设温度大于或等于75度，所述预设阴阳极湿度为100%，所述预设电压范围为0.05V-1V。
5.根据权利要求1所述的膜电极测试方法，其特征在于，不同测试圈数下所述抗反极测试对应的预设电流密度不完全相同。
6.根据权利要求1所述的膜电极测试方法，其特征在于，
对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，包括：
在对所述膜电极循环进行设定圈数的测试之后，对所述膜电极进行中间性能分析；
继续对所述膜电极进行测试直至达到所述设定结束条件。
7.根据权利要求6所述的膜电极测试方法，其特征在于，在对所述膜电极循环进行多个圈数的测试之前，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一初始电流电压极化曲线以及阴极侧的第二初始电流电压极化曲线；
在对所述膜电极循环进行设定圈数的测试之后，对所述膜电极进行中间性能分析，包括：
在对所述膜电极循环进行设定圈数的测试之后，获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一中间电流电压极化曲线以及阴极侧的第二中间电流电压极化曲线；
根据所述第一初始电流电压极化曲线和所述第一中间电流电压极化曲线进行阳极极化中间性能分析；
根据所述第二初始电流电压极化曲线和所述第二中间电流电压极化曲线进行阴极极化中间性能分析。
8.根据权利要求7所述的膜电极测试方法，其特征在于，在所述对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件之后，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极侧的第一最终电流电压极化曲线以及阴极侧的第二最终电流电压极化曲线；
根据所述第一初始电流电压极化曲线和所述第一最终电流电压极化曲线进行阳极极化最终性能分析；
根据所述第二初始电流电压极化曲线和所述第二最终电流电压极化曲线进行阴极极化最终性能分析。
9.根据权利要求6所述的膜电极测试方法，其特征在于，对所述膜电极循环进行设定圈数的测试之前，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极初始电化学活性面积和阴极初始电化学活性面积；
在对所述膜电极循环进行设定圈数的测试之后，对所述膜电极进行中间性能分析，还包括：
在对所述膜电极循环进行设定圈数的测试之后，获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极中间电化学活性面积和阴极中间电化学活性面积；
根据所述阳极初始电化学活性面积和所述阳极中间电化学活性面积，以及所述阴极初始电化学活性面积和所述阴极中间电化学活性面积进行中间电化学分析。
10.根据权利要求9所述的膜电极测试方法，其特征在于，在所述对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件之后，还包括：
获取膜电极对应的燃料电池单电池阳极最终电化学活性面积和阴极最终电化学活性面积；
根据所述阳极初始电化学活性面积和所述阳极最终电化学活性面积，以及所述阴极初始电化学活性面积和所述阴极最终电化学活性面积进行最终电化学分析。
11.根据权利要求1所述的膜电极测试方法，其特征在于，所述设定结束条件包括对所述膜电极循环进行测试的圈数达到预设循环圈数，或者所述膜电极对应的燃料电池单电池的阳极与阴极之间的压差小于设定电压。
12.一种膜电极测试装置，其特征在于，包括：
测试模块，用于对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，其中每一圈数的测试包括一次阳极电压循环耐久测试和一次抗反极测试；
对所述膜电极循环进行多个圈数的测试直至达到设定结束条件，包括：
对所述膜电极进行阳极电压循环耐久测试，具体包括：
向所述膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氮气，阴极侧通入氢气，在预设压力、预设温度和预设阴阳极湿度的条件下，在所述燃料电池单电池负载为电压模式下，将所述燃料电池单电池的阳极和阴极之间施加以预设电压扫描速率变化的预设电压范围的电压，在电压扫描圈数达到预设扫描圈数时，结束一次所述阳极电压循环耐久测试；
对所述膜电极进行抗反极测试，具体包括：
向所述膜电极对应的燃料电池单电池的阳极侧通入氢气，阴极侧通入空气或氧气，保持所述预设压力、所述预设温度和所述预设阴阳极湿度不变，将所述燃料电池单电池负载切换为电流模式，以预设电流密度变化速率增加电流密度至预设电流密度，在保持所述预设电流密度第一预设时间后，将向燃料电池单电池的阳极侧通入的氢气切换为氮气，持续第二预设时间完成一次所述抗反极测试；
判断对所述膜电极的测试是否达到设定结束条件，若是，结束对所述膜电极的测试；若否，返回对所述膜电极进行阳极电压循环耐久测试的步骤。
CN202111654056.5A 2021-12-30 2021-12-30 膜电极测试方法和装置 Active CN116435552B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111654056.5A CN116435552B (zh) 2021-12-30 2021-12-30 膜电极测试方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111654056.5A CN116435552B (zh) 2021-12-30 2021-12-30 膜电极测试方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116435552A CN116435552A (zh) 2023-07-14
CN116435552B true CN116435552B (zh) 2026-01-30

Family

ID=87080175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111654056.5A Active CN116435552B (zh) 2021-12-30 2021-12-30 膜电极测试方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116435552B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111103545A (zh) * 2019-12-27 2020-05-05 浙江锋源氢能科技有限公司 一种燃料电池膜电极性能测试方法
CN112820909A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 南京大学昆山创新研究院 一种燃料电池膜电极抗反极测试系统及方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5858023B2 (ja) * 2013-10-25 2016-02-10 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体の耐久性検査装置および耐久性検査方法
CN208955114U (zh) * 2018-12-17 2019-06-07 南京攀峰赛奥能源科技有限公司 一种燃料电池测试系统
CN113629259B (zh) * 2021-08-27 2022-08-19 中国人民解放军国防科技大学 氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111103545A (zh) * 2019-12-27 2020-05-05 浙江锋源氢能科技有限公司 一种燃料电池膜电极性能测试方法
CN112820909A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 南京大学昆山创新研究院 一种燃料电池膜电极抗反极测试系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116435552A (zh) 2023-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yuan et al. A review of polymer electrolyte membrane fuel cell durability test protocols
KR102723130B1 (ko) 연료전지 막 전극 접합체 내구성 평가 방법 및 장치
US7906243B2 (en) Accelerated testing method of rapidly evaluating lifespan of fuel cell
US10020525B2 (en) Method and system for diagnosing state of fuel cell stack
CN113540524A (zh) 一种质子交换膜燃料电池部件的老化量化处理方法
KR102694197B1 (ko) 연료전지 막 전극 접합체 내구성 평가 방법 및 장치
Yang et al. Rapid activation of a full-length proton exchange membrane fuel cell stack with a novel intermittent oxygen starvation method
CN115810774A (zh) 一种质子交换膜燃料电池堆的快速活化方法
CN115452697A (zh) 一种燃料电池金属双极板耐蚀性能评价方法
KR20120096615A (ko) 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법
CN116435552B (zh) 膜电极测试方法和装置
CN109638321B (zh) 燃料电池的输出检测方法
CN117805640A (zh) 中高温质子交换膜燃料电池耐久性的快速测试方法
JP2010186704A (ja) 固体高分子型燃料電池の寿命加速試験方法
JP2015069948A (ja) 燃料電池
Lee et al. Experimental study of homogeneity improvement and degradation mitigation in PEMFCs using improved reaction area utilization
KR101724730B1 (ko) 연료전지의 전극 활성도 측정 방법
CN109599579B (zh) 燃料电池的输出检测方法
CN113504470A (zh) 一种基于稳态伏安法的燃料电池氢气渗透量测量方法
KR101575429B1 (ko) 연료전지 수소 투과도 측정 장치 및 방법
JP2004039490A (ja) 燃料電池の寿命試験方法
CN119518033A (zh) 氢燃料电池的碳载体寿命的模拟方法
CN115616202B (zh) 一种燃料电池催化层最佳树脂含量的在线测试方法
JP2020113470A (ja) 燃料電池のエージング方法
CN120581631A (zh) 一种燃料电池的膜电极反极测试方法

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