CN116558405A - 燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法，包括可堆叠设置的单电池结构，所述单电池结构包括成对称设置的极板，所述极板之间设有膜电极，所述膜电极与两个极板之间设有电容极板组，所述电容极板组包括两个电容极板，所述电容极板设于分别位于电容绝缘层内，两个所述电容极板分别外接正极引线和负极引线，所述单电池结构的极板外侧设有集流板，通过单电池结构进行膜电极厚度检测。通过上述方式，本发明燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法，可以实现测量测单片膜电极压缩量，能够精确控制膜电极压缩比例，减少过压或者少压导致的产品不良，提高了单电池装配的准确性，提升整体装配的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别是涉及一种燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法。
背景技术
氢质子交换膜燃料电池是近年来交通与能源领域的新星，作为唯一可能与锂电池进入清洁绿色可持续发展道路的能源解决方案，氢质子交换膜燃料电池具有其他能源装置无可比拟的优势：清洁、高效、无声；目前实验室级别的燃料电池技术已经相对成熟，如何将其商业化应用是其中的重要难题，进一步明确各项燃料电池指标的要求也迫在眉睫。
氢燃料电池是通过将氢气与氧气的化学能转换电能与热能的能源转换装置，燃料电池器件本身至少需要以下几个方面构成：质子交换膜、催化剂、扩散层、双极板；燃料电池单电池在上述基础上还增加外部支撑的结构板，以及用于引流的集流板、绝缘垫，加热装置与气体进入通道，燃料电池电堆是由几个相同的单电池结构单元堆栈组装而成的。
现有的燃料电池单电池的组装方式主要是以螺杆式为主，通过控制螺杆紧固力扭矩的大小，间接的控制膜电极的压缩情况。膜电极的压缩情况对于燃料电池性能会有很大的影响，如果膜电极自身的压缩比例较小，即膜电极压缩前自身高度与膜电极压缩后高度的比值过小，则会导致膜电极内部的接触不充分，导致膜电极自身的阻值变大，燃料电池的内阻相应增大，则在欧姆极化区间内性能衰减加剧。如果膜电极自身的压缩比例较大，即膜电极压缩前自身高度与膜电极压缩后高度的比值过大，则会导致扩散层内部气体孔道过度压缩，使得整体膜电极的水气平衡受影响，容易发生水淹或者燃料饥饿的问题，甚至可能出现质子交换膜被直接击穿，导致氢气渗透，膜电极直接报废。现有的装配方式不能直接控制膜电极的压缩高度，对于整体膜电极的所受压力控制并不均匀，且由于没有直观可控的技术参数，让整体的电堆装配技术存在误差大，重复性差的特点。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法，可以实现测量测单片膜电极压缩量，能够精确控制膜电极压缩比例，减少过压或者少压导致的产品不良，提高了单电池装配的准确性，提升整体装配的成功率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种燃料电池的膜电极的厚度测试装置，包括可堆叠设置的单电池结构，所述单电池结构包括成对称设置的极板，所述极板之间设有膜电极，所述膜电极与两个极板之间设有电容极板组，所述电容极板组包括两个电容极板，所述电容极板设于分别位于电容绝缘层内，两个所述电容极板分别外接正极引线和负极引线，所述单电池结构的极板外侧设有集流板。
在本发明一个较佳实施例中，所述膜电极的两端设有密封垫片，左侧的密封垫片位于极板之间，右侧的密封垫片位于电容绝缘层之间。
在本发明一个较佳实施例中，所述电容极板组的数量至少为1组。
在本发明一个较佳实施例中，所述电容绝缘层的上端与极板贴合，下端与膜电极的端部以及密封垫片贴合。
在本发明一个较佳实施例中，所述集流板的外侧设有端板，所述端板压紧单电池结构以控制膜电极的压缩量。
在本发明一个较佳实施例中，所述单电池结构的数量为1个，所述端板和集流板将该单电池结构的两个极板压紧。
在本发明一个较佳实施例中，两个或两个以上的所述单电池结构堆叠，所述端板和集流板将最上方的单电池结构的极板和最下方的单电池结构的极板压紧。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种燃料电池的膜电极的厚度测试方法，包括以下步骤：
a．组装1个上述的单电池结构，将单电池结构的两侧对应组装集流板和端板，通过外部装置调节单片膜电极的压缩量；
b．将单电池结构的整机引线和负极引线接入直流电源，调整单片膜电极的压缩量，从而获取不同膜电极压缩量下测试电容的大小，绘制得到单片膜电极压缩量与测试电容之间的关系曲线，用于判断后续测量结果中电容与膜电极厚度的数据转换；
c．将多个单电池结构堆叠组成燃料电池电堆，并且通过集流板和端板组装，将所有的单电池结构正极引线与负极引线连接到直流电源上，监测读取每一块单电池单元上的电容数据，是否达到目标高度的电容数值，从而获得每个单电池结构的膜电极的厚度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤b中电容量会随着电容极板的之间的距离的缩短而增大，通过捕捉电容与实际膜电极高度的关系曲线，从而通过检测电容得到膜电极的厚度，检测公式为。
本发明的有益效果是：本发明燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法，组成的单电池结构用于获得电容与膜电极厚度的数据关系，结构简单，避免出现螺丝紧固带造成的膜电极压缩量不一致的问题。
本发明燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法，多个单电池结构堆叠形成燃料电池电堆，可以实现多个单电池结构同步测试，通过控制膜电极各点位实际的高度来使得燃料电池单电池组装的平面接触良好且不发生过压现象，能够更好地控制单电池组装良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明燃料电池的膜电极的厚度测试装置一较佳实施例的结构示意图；
图2是单电池结构的示意图；
附图中各部件的标记如下： 1、端板，2、集流板，3、单电池结构，4、正极引线，5、负极引线，6、极板，7、膜电极，8、密封垫片，9、电容极板，10、电容绝缘层。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
一种燃料电池的膜电极的厚度测试方法，包括以下步骤：
a．组装一个如图2所示的可堆叠设置的单电池结构3。单电池结构3包括成对称设置的极板6。极板6之间设有膜电极7，膜电极7被极板6夹持，对极板6施加压力可以使膜电极7发生变形，从而改变膜电极7的厚度。膜电极7与两个极板6之间设有电容极板组，电容极板组包括两个电容极板9，电容极板9设于分别位于电容绝缘层10内，电容的位置和数量不限于图中的位置，可以根据实际需求进行调整，可以采用两组或者更多组电容极板组进行测试，只要确保每个电容极板组内的电容是成对存在的即可。膜电极7的两端设有密封垫片8，左侧的密封垫片8位于极板6之间，右侧的密封垫片8位于电容绝缘层10之间。电容绝缘层10的上端与极板6贴合，下端与膜电极7的端部以及密封垫片8贴合。两个电容极板9分别外接正极引线4和负极引线5，将两个极板6的外侧对应组装集流板2和端板1。
b．将单电池结构3的正极引线4和负极引线5接入直流电源，通过压机或者其他装置控制电堆单片膜电极7高度，所使用的膜电极与扩散层材质厚度应当与实际装堆一致，调控单片膜电极7压缩量，从而获取不同膜电极压缩量下测试电容的大小，绘制得到单片膜电极7压缩量与测试电容之间的关系曲线，用于判断后续测量结果中电容与膜电极7厚度的数据转换。电容的容量会随着厚度的降低而降低，但是由于膜电极7内部的碳纸与催化剂都具有导电的能力，所以实际压缩过程中电容与高度不完全成线性比例，需要在使用之前根据实际应用的配件进行标准曲线的测定。电容量会随着电容极板9的之间的距离的缩短而增大，通过捕捉电容与实际膜电极7高度的关系曲线，从而通过检测电容得到膜电极7的厚度，检测公式为。
c．如图1所示，将多个单电池结构3堆叠组成燃料电池电堆，并且通过集流板2和端板1组装，集流板2和端板1分别压住第一个和最后一个单电池结构3。将所有的单电池结构3的正极引线4与负极引线5连接到直流电源上，直流电源的电压为3-15V，监测读取每一块单电池单元上的电容数据，是否达到目标高度的电容数值，电容数值的检测采用本领域常规设备，根据获得的电容数值来确定每个单电池结构3的膜电极7的厚度，是否达到目标高度的电容数值，通过调整压力分布解决实际受力分配不均的问题。
本发明可以实现可视化量测单片膜电极压缩量，避免了紧固力力矩与实际膜电极压缩量控制误差，提高了单电池装配的准确性。本发明实现膜电极压缩高度变化可视化，能够精确控制膜电极压缩比例，减少过压或者少压导致的产品不良，提升整体装配的成功率。
区别于现有技术，本发明燃料电池的膜电极的厚度测试装置以及测试方法，可以实现测量测单片膜电极压缩量，能够精确控制膜电极压缩比例，减少过压或者少压导致的产品不良，提高了单电池装配的准确性，提升整体装配的成功率。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，包括可堆叠设置的单电池结构，所述单电池结构包括成对称设置的极板，所述极板之间设有膜电极，所述膜电极与两个极板之间设有电容极板组，所述电容极板组包括两个电容极板，所述电容极板设于分别位于电容绝缘层内，两个所述电容极板分别外接正极引线和负极引线，所述单电池结构的极板外侧设有集流板。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，所述膜电极的两端设有密封垫片，左侧的密封垫片位于极板之间，右侧的密封垫片位于电容绝缘层之间。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，所述电容极板组的数量至少为1组。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，所述电容绝缘层的上端与极板贴合，下端与膜电极的端部以及密封垫片贴合。
5.根据权利要求1-4任一所述的燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，所述集流板的外侧设有端板，所述端板压紧单电池结构以控制膜电极的压缩量。
6.根据权利要求5所述的燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，所述单电池结构的数量为1个，所述端板和集流板将该单电池结构的两个极板压紧。
7.根据权利要求5所述的燃料电池的膜电极的厚度测试装置，其特征在于，两个或两个以上的所述单电池结构堆叠，所述端板和集流板将最上方的单电池结构的极板和最下方的单电池结构的极板压紧。
8.一种燃料电池的膜电极的厚度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．组装1个如权利要求1所述的单电池结构，将单电池结构的两侧对应组装集流板和端板，通过外部装置调节单片膜电极的压缩量；
b．将单电池结构的整机引线和负极引线接入直流电源，调整单片膜电极的压缩量，从而获取不同膜电极压缩量下测试电容的大小，绘制得到单片膜电极压缩量与测试电容之间的关系曲线，用于判断后续测量结果中电容与膜电极厚度的数据转换；
c．将多个单电池结构堆叠燃料电池电堆，并且通过集流板和端板组装，将所有的单电池结构正极引线与负极引线连接到直流电源上，监测读取每一块单电池单元上的电容数据，是否达到目标高度的电容数值，从而获得每个单电池结构的膜电极的厚度。
9.根据权利要求8所述的燃料电池的膜电极的厚度测试方法，其特征在于，所述步骤b中电容量会随着电容极板的之间的距离的缩短而增大，通过捕捉电容与实际膜电极高度的关系曲线，从而通过检测电容得到膜电极的厚度，检测公式为。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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