CN202719992U

CN202719992U - 用于燃料电池膜电极的测试夹具

Info

Publication number: CN202719992U
Application number: CN2012202185899U
Authority: CN
Inventors: 张建国; 徐志民; 岳春立
Original assignee: Hydrogen God (tianjin) Fuel Cell Co Ltd
Current assignee: Hydrogen God (tianjin) Fuel Cell Co Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料电池膜电极的测试夹具，针对传统的膜电极测试夹具的结构做出改进。该测试夹具包括：机座；安装在机座上的滑动导轨；固定制紧压板和活动制紧压板；氢气引导板和氧气引导板；及推压装置，其连接到活动制紧压板上，以驱动活动制紧压板在滑动导轨上相对于固定制紧压板移动，并且在对膜电极进行活化或性能测试时施加压力并压紧位于氢气引导板和氧气引导板之间的膜电极。本实用新型的特点在于，提供了一种无螺栓的手柄压合式电极测试夹具结构，在两块制紧制紧压板上无一条紧固螺栓，并且适合各种规格的燃料电池单膜测试或电堆测试。

Description

用于燃料电池膜电极的测试夹具

技术领域

本实用新型涉及一种测试夹具，更具体地涉及一种用于燃料电池膜电极的测试夹具。

背景技术

氢气是一种清洁和理想的燃料，无毒、无臭，在跟氧气发生化学反应时产生纯净的水。氢燃料电池是利用氢气进行发电的装置。质子交换膜燃料电池是由美国通用电器公司（GE）于二十世纪六十年代初为航天飞行而研制的。质子交换膜燃料电池不以高温燃烧的方式进行发电，而是以低温电解和氧化还原的方式实现发电。在使用质子交换膜燃料电池进行发电时，副产物是纯净的水，化学能被直接转变为电能，从而具有能量转换效率高、噪音低、污染少、比能量或比功率高等优势。

质子交换膜燃料电池的基本结构包括阴电极、阳电极、催化剂以及电解质。当氢在阳电极和催化剂接触时，会释放出电子和氢质子。在电子经外接电路到达阴电极时，氢质子通过质子交换膜和电解质在阴电极处与氧气和电子进行结合形成水，从而实现发电过程。只要不断地向质子交换膜燃料电池输入氢气和氧气，质子交换膜燃料电池就会持续不断地进行发电。

质子交换膜燃料电池的核心是膜电极。将多个单电池（或膜电极）串联起来就可以得到任意功率的燃料电池（或称为燃料电池电堆）。但是，要想实现良好的发电性能，则对每个膜电极的性能都要求比较高。因此，在生产燃料电池时，对每一片膜电极的测试和活化就显得至关重要和必不可少。

传统地，对单片膜电极的测试需要使用测试夹具。通常的测试夹具具有大致相似的结构，即测试夹具包括两块端面夹板，并且使用至少8个的制紧螺栓来紧固所述两块端面夹板。在每个端面夹板上至少具有两个进气口和两个出气口。通过端面夹板上的正负电极来从单片膜电极处输出电力。

在每次对膜电极进行测试和活化的时候，测试者都需要将两块端面夹板上的所有制紧螺栓都拆卸下来，以将膜电极放置于其间。然后，在将两个端面夹板对齐之后，测试者利用扳手将所有的制紧螺栓都均匀地制紧。

上述传统的测试夹具的缺点在于：在每次测试完一片膜电极的活性之后，都需要将测试夹具重新拆装一遍，尤其是需要重新松开和拧紧所有的制紧螺栓。结果导致，膜电极的整个测试过程既费时费力，又效率低下。

实用新型内容

因此，迫切希望能够提供一种测试夹具，其不仅具有简单的结构，而且能够快速高效地对燃料电池的膜电极进行活化或测试。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了种全新的用于燃料电池膜电极的测试夹具，包括：

机座；

安装在机座上的滑动导轨；

固定制紧压板和活动制紧压板，其中固定制紧压板固定在滑动导轨的一个端部处，活动制紧压板可沿滑动导轨相对于固定制紧压板进行滑动；

氢气引导板和氧气引导板，其设置在滑动导轨上并且被定位于在固定制紧压板和活动制紧压板之间的位置，其中两者中的一个被固定连接在固定制紧压板上，两者中的另一个被固定连接在活动制紧压板上；

其特征在于：还包括推压装置，其连接到活动制紧压板上，以驱动活动制紧压板在滑动导轨上相对于固定制紧压板移动，并且在对膜电极进行活化或性能测试时施加压力并压紧位于氢气引导板和氧气引导板之间的膜电极。

根据一个优选的实施例，所述推压装置是液压电泵或液压回路。

根据一个优选的实施例，所述推压装置包括连杆机构，所述连杆机构包括：

压合手柄，其一端部可枢转地连接到机座上；

固定地设置在机座上的滑动座；

可滑动地贯穿设置在滑动座中的推杆轴，所述推杆轴的一端固定连接到活动制紧压板上；以及

连杆，其中所述连杆的一端部可枢转地连接到所述推杆轴的另一端，连杆的另一端部可枢转地连接到压合手柄的靠近其所述一端部的中间部位。

根据一个优选的实施例，所述氢气引导板和氧气引导板的相对表面上分别设置有突起部和凹入部，并且由此配合锁定和紧密接触。

根据一个优选的实施例，在所述氢气引导板和氧气引导板之间设置密封圈，其中心区域是空心的，以便在对膜电极进行活化或性能测试时膜电极被密封在密封圈的中心区域中。

根据一个优选的实施例，所述密封圈的中心区域的面积在4cm²—64cm²之间。

根据一个优选的实施例，所述压合手柄施加在氢气引导板和氧气引导板之间的压力的范围是0.2Mpa—0.75Mpa。

根据一个优选的实施例，所述推杆轴的移动距离的范围是0-26mm。

根据一个优选的实施例，在氢气引导板和氧气引导板之间叠置有多片膜电极。

根据一个优选的实施例，在推杆轴上或在氢气引导板和氧气引导板中任一上设置有用于测量所施加压力的传感器。

根据本实用新型的用于燃料电池膜电极的测试夹具，针对传统的测试夹具的结构进行了改进，无需安装和拆卸制紧螺栓，就可实现对燃料电池膜电极的测试或活化。并且，在完成对一片膜电极的测试或活化之后，能够非常快速地进行下一片的膜电极的测试或活化。

附图说明

以下参照附图来描述本实用新型的具体实施例，其中给出了与上文采用的表达有关的解释和更详细的信息。

图1是根据本实用新型的燃料电池膜电极的测试夹具的整体装配图。

图2是膜电极的测试夹具在氧气引导板和氢气引导板被夹紧之前的侧面图。

图3是膜电极的测试夹具在氧气引导板和氢气引导板被夹紧之后的侧面图。

图4示出了氧气引导板、氢气引导板相对于膜电极的测试夹具中的密封圈和膜电极的相对位置关系。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的燃料电池膜电极的测试夹具（以下简称为测试夹具）100包括机架1，以及安装或固定安装在机架1上的滑动导轨2。测试夹具100的材料例如是不锈钢材料，滑动导轨2的材料例如是高强铝合金或高强铝镁合金材料。所述滑动导轨2沿机架1的长度方向进行延伸。

图1是根据本实用新型的燃料电池膜电极测试夹具的整体装配图。如图1的右侧所示，在机架1的一端安装有手柄3。为了便于描述，在以下的说明中，将安装有手柄3的机架1一端称为机架1的近端或第一端部（或滑动导轨2的近端），而将与手柄3位置相反的机架1另一端称为机架1的远端或第二端部（或滑动导轨2的远端）。

图2是膜电极测试夹具在氧气引导板和氢气引导板被夹紧之前的侧面图。图3是膜电极测试夹具在氧气引导板和氢气引导板被夹紧之后的侧面图。

如图1－3所示，在机架1的远端处固定地安装有固定制紧压板4，以作为引导电流的导电极板。固定制紧压板4被固定安装在滑动导轨2的远端处。如图1所示，在固定制紧压板4面向机架1近端的一侧上连接有氢气引导板5。

在固定制紧压板4上设置有多个通孔41，并且在氢气引导板5的对应位置上也设置有多个通孔（未示出），以供螺栓6或其他紧固件插入，从而将固定制紧压板4和氢气引导板5连接在一起。因为固定制紧压板4和氢气引导板5通过螺栓6连接在一起，氢气引导板5也被固定安装在机架1的远端处以及滑动导轨2的远端处。

此外，在氢气引导板5设置有氢气导入通道52，用于从外侧输入供化学反应所需要的氢气。

在测试夹具100的近端一侧，氧气引导板7和活动制紧压板8可滑动地套设在滑动导轨2上。氧气引导板7以及活动制紧压板8也设置有多个位置相对应的通孔71和81，以供螺栓9或其他紧固件插入，从而将氧气引导板7以及活动制紧压板8固定一体地连接在一起。由于氧气引导板7和活动制紧压板8可滑动地套设在滑动导轨2上，所以氧气引导板7和活动制紧压板8两者能够作为一个整体，在外力的作用下沿滑动导轨2进行往复移动。在氧气引导板7中还设置有氧气导入通道72，用于从外侧输入供化学反应所需要的氧气。

作为一个可选的实施例，氢气引导板5以及氧气引导板7在滑动导轨2上的位置可以互换。即，在燃料电池测试夹具100的近端一侧处，氢气引导板5以及活动制紧压板8可滑动地套设在滑动导轨2上，而固定制紧压板4和氧气引导板7固定地安装在机架1的远端处。

根据本实用新型，在测试夹具100的机架1的近端处可枢转地安装有压合手柄3。如图1所示，压合手柄3的端部3a通过枢轴3b可枢转地安装在测试夹具100的机架1上。当压合手柄3绕枢轴3b进行转动时，压合手柄3会带动连杆12，连杆12会进一步带动推杆轴11在滑动底座10中沿平行于滑动导轨2的方向滑动。

具体而言，在测试夹具100的近端附近设置有滑动底座10。在测试夹具100的机架1上设置有推杆轴11。推杆轴11可滑动地套设在该滑动底座10中，且贯穿滑动底座10的中心孔，从而能够平行于滑动导轨2的延伸方向进行滑动。推杆轴11的一个端部11a固定连接到活动制紧压板8上，以使得推杆轴11能够带动活动制紧压板8连同氧气引导板7一起沿着滑动导轨2进行移动。

在压合手柄3的中间、但靠近其端部3a的位置处设置有枢轴3c。推杆轴11的另一个相反端部11b中设置有枢轴11c。压合手柄3的枢轴3c和推杆轴11的枢轴11c与连杆12的两个端部可枢转地连接。可滑动地套设在该滑动底座10中的推杆轴11，通过枢轴3b可枢转地安装在机架1上的压合手柄3，以及连杆12（其一端枢转地连接到压合手柄3的枢轴3c上，其另一端可枢转地连接到推杆轴11的枢轴11c上），构成了推压装置。

如图2-3所述，所述推压装置连接到活动制紧压板8上，以驱动活动制紧压板8在滑动导轨2上相对于固定制紧压板4移动，并且在对膜电极200进行活化或性能测试时施加压力并压紧位于氢气引导板5和氧气引导板7之间的膜电极200。

此外，所述推压装置还包括或形成了连杆机构，其包括：压合手柄3，其一端部3a可枢转地连接到机座1上；固定地设置在机座1上的滑动座10；可滑动地贯穿设置在滑动座10中的推杆轴11，所述推杆轴11的一端11a固定连接到活动制紧压板8上；以及连杆12，其中所述连杆12的一端部可枢转地连接到所述推杆轴11的另一端11b，连杆12的另一端部可枢转地连接到压合手柄3的靠近其所述一端部3a的中间部位。

作为推压装置的一个优选实施例，在膜电极测试夹具100的机架1上可相替代地设置有液压电泵或液压回路。所述液压泵或电泵提供驱动力，以驱动推杆轴11沿平行于机架1的方向进行移动，进而使固定制紧压板4和活动制紧压板8彼此夹紧或松开。

在利用测试夹具100对燃料电池膜电极200进行性能测试时，可选地在燃料电池膜电极200的两侧设置或使用密封圈300（或其他密封装置）。图4示出了氧气引导板7、氢气引导板5相对于膜电极测试夹具100中的密封圈300和膜电极200的相对位置关系。

如图4所示，两个密封圈300的中心区域300a是空心的，密封圈300的边缘部分300b正好将燃料电池膜电极200密封地夹持在两个密封圈300的中心区域。两个密封圈300起到对单膜电极200进行密封隔绝的作用。

也就是说，位于燃料电池膜电极200一侧的一个密封圈300与氢气引导板5形成密封隔绝，以使得在膜电极200的一侧形成了封闭的氢气气氛。同时，位于燃料电池膜电极200另一侧的另一个密封圈300与氧气引导板7形成密封隔绝，以使得在膜电极200的另一侧形成封闭的氧气气氛。氢气和氧气分别经由图1所示的氢气导入通道52和氧气导入通道72进行输送。被输送到膜电极200处的氢气和氧气经催化剂进行催化化学反应，并实现对膜电极进行活化或测试实验的目的。

如图1-3所示，在使用测试夹具100对燃料电池膜电极200进行性能测试的过程中，当压合手柄3绕枢轴3b顺时针转动时，由于连杆12的带动作用，推杆轴11沿远离开固定制紧压板4的方向进行移动，从而使得氢气引导板5和氧气引导板7脱离开接触。此时，测试人员可以在氢气引导板5和氧气引导板7之间放置有将待测试或活化的燃料电池膜电极200以及密封圈300。

根据本实用新型，对燃料电池膜电极200进行密封的两个密封圈300的内部尺寸可以调节，例如在4cm²—64cm²之间进行调整，从而使得进行性能测试的燃料电池膜电极200的反应面积可在4cm²—64cm²之间。相比较而言，传统的电极测试夹具只能测试单一反应面积的膜电极。

氢气引导板5的面向机架1近端的一个端面上具有突起部51，同时氧气引导板7的对应端面上具有凹入部（图中未示出），其中突起部51和凹入部的形状彼此相凸凹互补。当压合手柄3沿朝向图1的左侧的方向沿逆时针转动时，推杆轴11朝向膜电极测试夹具100的远端进行移动，氢气引导板5的突起部51被推动插入到氧气引导板7的凹入部内，进而使得氢气引导板5和氧气引导板7彼此配合锁定和紧密接触。

随着压合手柄3的逆时针转动以及推杆轴11朝向机座1的远端移动，由于压合手柄3以及推杆轴11所施加的推压力或夹紧力的作用，密封圈300和燃料电池膜电极200被夹紧在氢气引导板5和氧气引导板7之间。

在密封圈300的密封作用下，待测试性能的燃料电池膜电极200的两个侧面分别保持处于氢气气氛和氧气气氛。相应地，氢气和氧气适合于在膜电极200两侧发生化学反应并生成电能和水，进而适合于对燃料电池膜电极200进行测试和活化。

在完成对燃料电池膜电极200的测试和活化之后，操作者沿顺时针方向绕枢轴3b转动压合手柄3，推杆轴11沿远离开固定制紧压板4的方向进行移动，从而使得氢气引导板5和氧气引导板7脱离开接触。此时，操作者可从氢气引导板5和氧气引导板7之间取出已完成测试和活化的膜电极200，并对其他的膜电极200进行测算和活化。

如上所述，在根据本实用新型的膜电极测试夹具100中，操作者只需转动压合手柄3，就可以带动推杆轴11向氧气引导板7和活动制紧压板8施加足够的推压力或夹紧力，来实现膜电极200进行电化学反应所必需的封闭氢气气氛和氧气气氛。因此，根据本实用新型的特点，在燃料电池的膜电极测试夹具100中，无需使用一根紧固螺栓来固定连接氢气引导板5和氧气引导板7。因此，膜电极测试夹具100的结构得到极大地简化。

在对单片的膜电极完成活化或测试实验之后，操作者只需简单地朝相反方向（即顺时针方向）进行转动压合手柄3，就可以使得氢气引导板5和氧气引导板7彼此相分离开，从而取出已完成测试或活化的膜电极，并将另一新的单片膜电极放置在氢气引导板5与氧气引导板7之间。

根据本实用新型，通过控制压合手柄3的逆时钟转动角度，可以非常容易地控制氢气引导板5与氧气引导板7之间彼此间隔开的距离。相应地，根据本实用新型的膜电极测试夹具100非常适合于对各种规格和厚度的燃料电池电极进行活化或性能测试。

此外，根据本实用新型的膜电极测试夹具100也适合于对叠置在一起的多片膜电极同时地进行活化或性能测试。

如前所述，在根据本实用新型的膜电极测试夹具100中，压合手柄3可在操作者所施加力的作用下绕枢轴3a进行转动，从而带动推杆轴11沿平行于滑动导轨2的方向进行移动。操作者通过控制压合手柄3绕枢轴3a转动的角度，来控制推杆轴11的移动距离。根据一个优选的实施例，推杆轴11的移动距离可设定为0mm至26mm。

在此移动距离的范围内，通过控制压合手柄3绕枢轴3a转动的角度，操作者可非常容易地调节由推杆轴11施加到活动制紧压板8上的推压力。所述推压力的大小范围在0.2Mpa—0.75Mpa之间。

根据本实用新型，在膜电极测试夹具100的推杆轴11上或活动制紧压板8上可以设置有压力传感器，以显示或控制作用于氢气引导板5与氧气引导板7之间的推压力以及两者之间的密封程度。

当然，本实用新型不限定于所示的实施例。本领域的一般技术人员能够在不偏离本实用新型主旨的前提下，对各种细节进行各种适应性修改，而这些修改都包括在本实用新型的权利要求书所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种用于燃料电池膜电极(200)的测试夹具(100)，包括：

机座(1)；

安装在机座(1)上的滑动导轨(2)；

固定制紧压板(4)和活动制紧压板(8)，其中固定制紧压板(4)固定在滑动导轨(2)的一个端部处，活动制紧压板(8)可沿滑动导轨(2)相对于固定制紧压板(4)进行滑动；

氢气引导板(5)和氧气引导板(7)，其设置在滑动导轨(2)上并且被定位于在固定制紧压板(4)和活动制紧压板(8)之间的位置，其中两者中的一个被固定连接在固定制紧压板(4)上，两者中的另一个被固定连接在活动制紧压板(8)上；

其特征在于：还包括推压装置(3，11，12)，其连接到活动制紧压板(8)上，以驱动活动制紧压板(8)在滑动导轨(2)上相对于固定制紧压板(4)移动，并且在对膜电极(200)进行活化或性能测试时施加压力并压紧位于氢气引导板(5)和氧气引导板(7)之间的膜电极(200)。

2.如权利要求1所述的测试夹具(100)，其特征在于：所述推压装置(3，11，12)是液压电泵或液压回路。

3.如权利要求1所述的测试夹具(100)，其特征在于：所述推压装置(3，11，12)包括连杆机构，所述连杆机构包括：

压合手柄(3)，其一端部(3a)可枢转地连接到机座(1)上；

固定地设置在机座(1)上的滑动座(10)；

可滑动地贯穿设置在滑动座(10)中的推杆轴(11)，所述推杆轴(11)的一端(11a)固定连接到活动制紧压板(8)上；以及

连杆(12)，其中所述连杆(12)的一端部可枢转地连接到所述推杆轴(11)的另一端(11b)，连杆(12)的另一端部可枢转地连接到压合手柄(3)的靠近其所述一端部(3a)的中间部位。

4.如权利要求1-3中任一所述的测试夹具(100)，其特征在于，所述氢气引导板(5)和氧气引导板(7)的相对表面上分别设置有突起部(51)和凹入部，以由此配合锁定和紧密接触。

5.如权利要求1-3中任一所述的测试夹具(100)，其特征在于：在所述氢气引导板(5)和氧气引导板(7)之间设置密封圈(300)，其中心区域是空心的，以便在对膜电极(200)进行活化或性能测试时膜电极(200)被密封在密封圈(300)的中心区域(300a)中。

6.如权利要求5所述的测试夹具(100)，其特征在于：所述密封圈(300)的中心区域(300a)的面积在4cm²-64cm²之间。

7.如权利要求3所述的测试夹具(100)，其特征在于：所述压合手柄施加在氢气引导板(5)和氧气引导板(7)之间的压力的范围是0.2Mpa-0.75Mpa。

8.如权利要求3所述的测试夹具(100)，其特征在于：所述推杆轴(11)的移动距离的范围是0-26mm。

9.如权利要求1-3中任一所述的测试夹具(100)，其特征在于：在氢气引导板(5)和氧气引导板(7)之间叠置有多片膜电极。

10.如权利要求3所述的测试夹具(100)，其特征在于：在推杆轴(11)上或者氢气引导板(5)和氧气引导板(7)中任一上设置有用于测量所施加压力的传感器。