CN218584957U - 膜电极及包含其的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种膜电极及包含其的检测装置，所述膜电极包括：质子交换膜、两个固定件和两张碳纸，所述固定件的中部具有开口，所述质子交换膜密封夹设于两个所述固定件之间，所述固定件密封压设于所述质子交换膜的外缘，所述碳纸通过所述固定件的开口与所述质子交换膜相贴设，组成一个膜电极。保证了膜电极的密封性，同时也能保护质子交换膜不会因为挤压而损坏，此外，两侧的碳纸在保持压缩后，不仅充分接触了质子交换膜，也保持了碳纸的透气性，保证了电化学反应的顺利进行；整个膜电极结构简单、成本低廉、使用寿命长。

Description

膜电极及包含其的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种膜电极及包含其的检测装置。

背景技术

进入21世纪以来，随着化石燃料资源的大量消耗以及化石燃料燃烧所造成的环境污染等问题得到全球各国的广泛关注，新能源技术的开发已迫在眉睫。其中，氢燃料电池作为一种直接将化学能转化为电能的能源转换装置，正义非常迅猛的势头高速发展。在氢燃料电池的开发设计过程中，测试燃料电池在不同工况下工作的性能非常重要，在现有技术中，往往需要通过将多个单电池组合为电堆，来模拟燃料电池的实际工作情况，从而对燃料电池进行性能测试。这种测试方式需要先将多个单电池组装，测试过程繁琐，不便于调整各个电池的工作温度、运行压力等参数。此外，膜电极(MEA)作为燃料电池的核心部件，由质子交换膜、气体扩散层和催化层组成，膜电极的性能好坏直接决定了整个电池的性能，在现有的膜电极中，由于性能测试过程很难实时监控每一个单电池的工作参数，因此常出现测试过程中工作温度或运行压力过高造成膜电极损坏的现象。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术对燃料电池的性能测试过程繁琐，容易造成膜电极损坏的缺陷，提供一种膜电极及包含其的检测装置。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种膜电极，所述膜电极包括：质子交换膜、两个固定件和两张碳纸，所述固定件的中部具有开口，所述质子交换膜密封夹设于两个所述固定件之间，所述固定件密封压设于所述质子交换膜的外缘，所述碳纸通过所述固定件的开口与所述质子交换膜相贴设。

在本方案中，采用上述结构形式，通过将两张固定件密封贴设于质子交换膜的两侧，再将碳纸通过该固定件的开口处贴设于质子交换膜上，组成一个膜电极。保证了膜电极的密封性，同时也能保护质子交换膜不会因为挤压而损坏，此外，两侧的碳纸在保持压缩后，不仅充分接触了质子交换膜，也保持了碳纸的透气性，保证了电化学反应的顺利进行；整个膜电极结构简单、成本低廉、使用寿命长。

较佳地，所述固定件为聚酰亚胺材质。

在本方案中，采用上述结构形式，使用聚酰亚胺制成固定件，由于聚酰亚胺材料具有抗变形能力，因此，不仅保证了膜电极的密封性，还使得固定件起限位作用，有效保护质子交换膜不会因为挤压而损坏。

较佳地，所述固定件为可裁切的膜。

在本方案中，采用上述结构形式，便于将固定件按照质子交换膜的大小、形状进行裁剪，使得固定件可以适用于各种型号的质子交换膜，也可以满足各种不同的检测条件，灵活性高，裁剪方便。

本实用新型还提供一种检测装置，所述检测装置包括：上述的膜电极、两块端板、两块集流板、两块压板。

所述端板分别压设于所述膜电极的两侧，所述端板上设置有多个可供气体传输的导气口；所述集流板分别压设于所述端板的外侧，所述集流板上连接有可供电子转移的导线，所述导线与负载相连接；所述压板分别设置于所述检测装置的两端。

在本方案中，采用上述结构形式，通过将膜电极、端板、集流板和压板组成一个单电池，并对该单电池进行性能检测，而不需要组合为燃料电池电堆，从而有效简化了燃料电池性能检测的过程；同时，该检测装置结构简单、成本较低、在安装和拆卸时都比较方便。

较佳地，所述端板与所述膜电极相接触的一侧设置有气体流道，所述导气口分别与所述气体流道的两端相连通，所述端板为石墨板。

在本方案中，采用上述结构形式，通过在端板上设置气体流道与导气口相连通，使得端板可以将燃料电池电化学反应所需要的气体通过导气口通入气体流道中，通过气体流道有效增大了反应气体与膜电极的接触面积，使得电池中的电化学反应更充分，保证该装置的测试精度。

较佳地，所述检测装置还包括两块加热件，所述加热件压设于所述集流板和所述压板之间。

所述加热件包括加热板和用于产生热量的加热棒，所述加热板上设置有若干个加热孔，所述加热棒可拆卸地连接于所述加热孔中。

在本方案中，采用上述结构形式，在检测装置内设置加热件，通过加热棒传递热量使得检测装置内的温度可以发生改变，便于模拟燃料电池在实际工作时的工作温度，保证了该检测装置的检测精度。

较佳地，所述检测装置还包括测压件，所述测压件设置在所述检测装置的顶端，并压设于所述检测装置内。

所述测压件包括压力传感器和压力显示器，所述压力传感器压设于所述压板和所述加热件之间，并电连接于所述压力显示器。

在本方案中，采用上述结构形式，在检测装置内设置测压件，使得该检测装置的受力大小可调节，从而模拟燃料电池的真实工况，同时也能够监测该装置的受力，保护膜电极不会因受力过大而损坏。

较佳地，所述检测装置还包括紧固件，所述紧固件包括多个导向杆，所述导向杆的一端连接于位于底部的所述压板、另一端穿设于位于顶部的另一所述压板的导向孔，所述导向杆伸出所述导向孔的部分设置有螺纹部，所述螺纹部配合设置有螺母。

所述压板的外缘设置有与所述导向孔连通的开口，所述导向杆能够通过所述开口进出所述导向孔。

所述检测装置还包括若干个定位销，所述定位销可拆卸地连接于两块所述端板上。

在本方案中，采用上述结构形式，通过在端板上设置若干定位销，在两块压板上设置若干紧固件，使得该检测装置的安装过程更简单、方便，定位更准确，稳定性更高，从而保证了检测装置2的检测精度；同时，通过调整紧固件上的螺母，从而调节检测装置受到的压力，结构简单、灵活、调整方便，调整后受力均匀，有效保证了检测装置的检测工作顺利进行。

本实用新型的积极进步效果在于：

通过将两张由聚酰亚胺制成的膜裁剪为中间开口状，并密封贴设于质子交换膜的两侧，作为固定件，再将碳纸通过该固定件的开口处贴设于质子交换膜上，组成一个膜电极。保证了膜电极的密封性，同时，聚酰亚胺材料的抗变形能力，使得固定件起限位作用，有效保护质子交换膜不会因为挤压而损坏；此外，两侧的碳纸在保持压缩后，与聚酰亚胺膜的高度相同，不仅充分接触了质子交换膜，也保持了碳纸的透气性，保证了电化学反应的顺利进行；整个膜电极结构简单、成本低廉、使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型实施例的膜电极的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的检测装置的剖面图。

图3为本实用新型实施例的检测装置的结构示意图。

附图标记说明：

膜电极1

质子交换膜11

固定件12

碳纸13

检测装置2

端板21

导气口211

集流板22

压板23

导向孔231

加热件24

加热板241

加热孔242

测压件25

压力传感器251

紧固件26

导向杆261

螺母262

绝缘板27

具体实施方式

下面通过列举实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实用新型公开了一种膜电极1，该膜电极1包括：质子交换膜11、两个固定件12和两张碳纸13，固定件12的中部具有开口，质子交换膜11密封夹设于两个固定件12之间，固定件12密封压设于质子交换膜11的外缘，碳纸13通过固定件12的开口与质子交换膜11相贴设。

具体地，固定件12为聚酰亚胺材质，且为可裁切的膜。

在本实施例中，通过将两张由聚酰亚胺制成的膜裁剪为中间开口状，并密封贴设于质子交换膜11的两侧，作为固定件12，再将碳纸13通过该固定件12的开口处贴设于质子交换膜11上，组成一个膜电极1。保证了膜电极1的密封性，同时，聚酰亚胺材料具有抗变形能力，使得固定件12起限位作用，有效保护质子交换膜11不会因为挤压而损坏；此外，两侧的碳纸13在保持压缩后，与聚酰亚胺膜的高度相同，不仅充分接触了质子交换膜11，也保持了碳纸13的透气性，保证了电化学反应的顺利进行；整个膜电极1结构简单、成本低廉、使用寿命长。

如图2和图3所示，本实用新型还提供一种检测装置2，所述检测装置2包括：上述的膜电极1、两块端板21、两块集流板22、两块压板23。

两块端板21分别压设于膜电极1的两侧，端板21上设置有多个可供气体传输的导气口211；集流板22分别压设于端板21的外侧，集流板22上连接有可供电子转移的导线，并与负载相连接；压板23分别设置于检测装置2的两端。

在本实施例中，通过将膜电极1、端板21、集流板22和压板23组成一个单电池，并对该单电池进行性能检测，而不需要组合为燃料电池电堆，从而有效简化了燃料电池性能检测的过程；同时，该检测装置2结构简单、成本较低、在安装和拆卸时都比较方便；此外，该单电池的大小可以调整，方便对多种不同的工况进行性能测试。

具体地，端板21与膜电极1相接触的一侧设置有气体流道，所述导气口211分别与该气体流道的两端相连通，端板21为石墨板。

在本实施例中，通过在端板21上设置气体流道与导气口211相连通，使得端板21可以将燃料电池电化学反应所需要的气体通过导气口211通入气体流道中，通过气体流道有效增大了反应气体与膜电极1的接触面积，使得电池中的电化学反应更充分，保证该装置的测试精度。

具体地，检测装置2还包括两块加热件24，加热件24压设于集流板22和压板23之间。

加热件24包括加热板241和用于产生热量的加热棒，加热板241上设置有若干个加热孔242，加热棒可拆卸地连接于加热孔242中。

在本实施例中，在检测装置2内设置加热件24，通过加热棒传递热量使得检测装置2内的温度可以发生改变，便于模拟燃料电池在实际工作时的工作温度，保证了该检测装置2的检测精度。

具体地，检测装置2还包括测压件25，测压件25设置在检测装置2的顶端，并压设于检测装置2内。

如图2所示，在本实施例中，该测压件25包括压力传感器251和压力显示器(图中并未示出)，压力传感器251压设于压板23和加热件24之间，并电连接于压力显示器。

在检测装置2内设置测压件25，使得该检测装置2的受力大小可调节，从而模拟燃料电池的真实工况，同时也能够监测该装置的受力，保护膜电极不会因受力过大而损坏。

在本实施例中，由于压力传感器251直接压设于压板23和加热件24之间，因此在压力传感器251和加热件24之间还设置有一块绝缘板27，如图2所示，该绝缘板27将压力传感器与加热件24分隔开，有效避免了该检测装置2反应过程中产生的电流对压力传感器251造成影响；同时，在图2中可以看出，压力传感器251通过螺栓与压板23和绝缘板27固接，增加了压力传感器251的稳定性，从而有效保证了检测装置2的参数调整精度和检测精度。

在另一实施例中，测压件25采用应变片式压力传感器，通过将若干片应变片贴设于检测装置2内，即可实时监控检测装置2的压力大小，因此，在该实施例中，取消了绝缘板27，使得检测装置2的结构更简洁。

具体地，检测装置2还包括紧固件26，紧固件26包括多个导向杆261，导向杆261的一端连接于位于底部的压板23、另一端穿设于位于顶部的另一压板23的导向孔231，导向杆261伸出导向孔231的部分设置有螺纹部，螺纹部配合设置有螺母262。

如图3所示，压板23的外缘设置有与导向孔231连通的开口，导向杆261能够通过开口进出导向孔231。

检测装置2还包括若干个定位销(图中并未示出)，定位销可拆卸地连接于两块端板21上。

在本实施例中，通过在端板21上设置若干定位销，在两块压板23上设置若干紧固件26，使得该检测装置2的安装过程更简单、方便，定位更准确，稳定性更高，从而保证了检测装置2的检测精度；同时，通过调整紧固件26上的螺母262，从而调节检测装置2受到的压力，结构简单、灵活、调整方便，调整后受力均匀，有效保证了检测装置2的检测工作顺利进行。

如图3所示，本实施例中的螺母262采用蝶形螺母，蝶形螺母的开口较大，方便测试人员调整各个紧固件26的松紧程度。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种膜电极，其特征在于，所述膜电极包括：质子交换膜、两个固定件和两张碳纸，所述固定件的中部具有开口，所述质子交换膜密封夹设于两个所述固定件之间，所述固定件密封压设于所述质子交换膜的外缘，所述碳纸通过所述固定件的开口与所述质子交换膜相贴设。

2.如权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述固定件为聚酰亚胺材质。

3.如权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述固定件为可裁切的膜。

4.一种检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

如权利要求1-3中任一项所述的膜电极；

两块端板，所述端板分别压设于所述膜电极的两侧，所述端板上设置有多个可供气体传输的导气口；

两块集流板，所述集流板分别压设于所述端板的外侧，所述集流板上连接有可供电子转移的导线；

两块压板，所述压板分别设置于所述检测装置的两端。

5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述端板与所述膜电极相接触的一侧设置有气体流道，所述导气口分别与所述气体流道的两端相连通，所述端板为石墨板。

6.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括两块加热件，所述加热件压设于所述集流板和所述压板之间。

7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述加热件包括加热板和用于产生热量的加热棒，所述加热板上设置有若干个加热孔，所述加热棒可拆卸地连接于所述加热孔中。

8.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括测压件，所述测压件设置在所述检测装置的顶端，并压设于所述检测装置内。

9.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述测压件包括压力传感器和压力显示器，所述压力传感器压设于所述检测装置内，并电连接于所述压力显示器。

10.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括紧固件，所述紧固件包括多个导向杆，所述导向杆的一端连接于位于底部的所述压板、另一端穿设于位于顶部的另一所述压板的导向孔，所述导向杆伸出所述导向孔的部分设置有螺纹部，所述螺纹部配合设置有螺母。

11.如权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述压板的外缘设置有与所述导向孔连通的开口，所述导向杆能够通过所述开口进出所述导向孔。

12.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括若干个定位销，所述定位销可拆卸地连接于两块所述端板上。

13.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述集流板外连的所述导线与负载相连接。

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