RU190082U1

RU190082U1 - Test fuel cell

Info

Publication number: RU190082U1
Application number: RU2019105148U
Authority: RU
Inventors: Сергей Дмитриевич Максименко; Александра Николаевна Чеснокова; Николай Аркадьевич Иванов
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-06-18

Abstract

Заявленная полезная модель предназначена для преобразования химической энергии таких газов как водород(топливо) и кислород(окислитель) в электрическую энергию, а также получению электрохимических характеристик материалов МЭБ.Полезная модель относится к конструкции устройств для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, более конкретно, к конструкции тестового топливного элемента.Данное устройство предназначено для получения электрохимических характеристик внутренних компонентов низкотемпературных топливных элементов на основе твердополимерных протонпроводящих мембран с малыми омическими потерями, при низких затратах, с малой погрешностью измерений, высокой степенью воспроизводимости результатов измерений и возможностью быстрой смены МЭБ.Поставленная цель достигается за счет изменения традиционной конструкции ТТЭ, применения эксцентриковых зажимов, использование капролактама ГОСТ 7850-2013 в качестве материала корпуса, соединение токосъемных и биполярных пластин в один элемент, применения гальванического покрытия Зл3 для биполярных пластин.The claimed utility model is designed to convert the chemical energy of such gases as hydrogen (fuel) and oxygen (oxidizer) into electrical energy, as well as to obtain the electrochemical characteristics of OIE materials. The useful model relates to the design of devices for directly converting chemical energy into electrical energy the design of the test fuel cell. This device is designed to obtain the electrochemical characteristics of the internal components of low-temperature t fuel elements based on solid polymer proton-conducting membranes with low ohmic losses, at low cost, with small measurement error, high reproducibility of measurement results and the ability to quickly change the MEA. -2013 as a body material, the connection of current collector and bipolar plates in one element, the use of electroplated coating Zl3 for bipole GOVERNMENTAL plates.

Description

Тестовый топливный элемент относится к области альтернативной энергетики и может быть использован для получения электрохимических характеристик твердополимерных протонпроводящих мембран.The test fuel cell belongs to the field of alternative energy and can be used to obtain the electrochemical characteristics of solid polymer proton-conducting membranes.

Заявленная полезная модель относится к конструкции устройств для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, более конкретно, к конструкции тестового топливного элемента (ТТЭ). С помощью ТТЭ можно получать электрохимические характеристики образцов мембранно-электродного блока (МЭБ) с малой площадью, регулировать усилие сжатия образцов, производить их быструю замену.The claimed utility model relates to the design of devices for direct conversion of chemical energy into electrical energy, more specifically, to the design of a test fuel cell (TTE). With the help of TTE, it is possible to obtain the electrochemical characteristics of samples of the membrane-electrode unit (MEA) with a small area, to adjust the force of compression of the samples, to make their quick replacement.

Известен способ применение более дешевых материалов и методов изготовления биполярных пластин, например, изготовление биполярных пластин из нержавеющей стали методом штамповки (патент RU2528520C2, МПК C25D 11/34, C22D 38/28, C22D 38/26, C22D 38/18 опубликовано 20.09.14).The known method is the use of cheaper materials and methods for the manufacture of bipolar plates, for example, the manufacture of bipolar plates from stainless steel by stamping (patent RU2528520C2, IPC C25D 11/34, C22D 38/28, C22D 38/26, C22D 38/18 published 20.09.14 ).

Общим признаком является изготовление биполярных пластин из металла и установка их в корпус топливного элемента.A common feature is the manufacture of bipolar plates of metal and installing them in the body of the fuel cell.

Недостатком данной конструкции является использование биполярных и токосъемных пластин отдельными элементами, это увеличивает контактное сопротивление внутри ТТЭ, что в конечном итоге искажает действительные электрические характеристики исследуемого МЭБ.The disadvantage of this design is the use of bipolar and collector plates by separate elements, which increases the contact resistance inside the TTE, which ultimately distorts the actual electrical characteristics of the OIE under study.

Известен способ увеличение коррозионной стойкости металлических биполярных пластин с помощью защитных покрытий, например, модифицирование верхнего слоя металла за счет легированного углерода (патент RU 97568U1, МПК Н01М 8/00, опубликовано 10.09.2010).There is a method of increasing the corrosion resistance of metal bipolar plates using protective coatings, for example, modifying the upper metal layer with doped carbon (patent RU 97568U1, IPC Н01М 8/00, published 10.09.2010).

Общим признаком является изготовление биполярных пластин с применением защитного покрытия.A common feature is the manufacture of bipolar plates with a protective coating.

Недостатком данной конструкции является тонкое покрытие порядка нескольких нанометров, что не может обеспечить антикоррозионную защиту в ТТЭ. В связи с частой сборкой и разборкой ТТЭ в отличие от обычного ТЭ, может происходить механический износ покрытия биполярных пластин, что негативно отразится на электрических характеристиках МЭБ.The disadvantage of this design is a thin coating of the order of several nanometers, which cannot provide anticorrosive protection in TTE. Due to frequent assembly and disassembly of TTE, in contrast to conventional FC, mechanical wear of the coating of bipolar plates may occur, which will adversely affect the electrical characteristics of the OIE.

Известна конструкция (патент US 8007944B2, МПК Н01М 8/24, Н01М 8/10, опубликовано 29.11.2007), содержащая токосъемные пластина/поршень, основания, крепежные отверстия, биполярные пластины, уплотнительные кольца. Known design (patent US 8007944B2, IPC H01M 8/24, H01M 8/10, published 11/29/2007), containing current collector plate / piston, base, mounting holes, bipolar plates, sealing rings.

Общими признаками являются принцип установки образцов мембран для проверки и принцип работы ТТЭ.Common features are the installation principle of membrane samples for testing and the operation principle of TTE.

Недостатком данной конструкции является потребность использования ТТЭ только в специальном оборудовании. Так же, не смотря на простоту регулировки давления, оказываемого на МЭБ, операция установки МЭБ в ТТЭ остается время затратной операцией. А возможность применения данной конструкции ТТЭ только в специальном оборудовании удорожает процесс испытаний МЭБ.The disadvantage of this design is the need to use TTE only in special equipment. Also, despite the ease of adjusting the pressure exerted on the OIE, the operation of installing the OIE in TTE remains a time-consuming operation. And the possibility of using this TTE design only in special equipment increases the cost of testing the OIE.

Данное конструктивное решение можно принять в качестве наиболее близкого к заявляемой полезной модели. This design decision can be taken as closest to the claimed utility model.

Техническим результатом полезной модели является создание простой конструкции тестового топливного элемента для получения характеристик внутренних компонентов низкотемпературных топливных элементов на основе твердополимерных протонпроводящих мембран с малой погрешностью и высокой степенью воспроизводимости результатов измерений при низких затратах.The technical result of the utility model is the creation of a simple test fuel cell design for obtaining the characteristics of the internal components of low-temperature fuel cells based on solid polymer proton-conducting membranes with low error and a high degree of reproducibility of measurement results at low costs.

Технический результат достигается тем, что тестовый топливный элемент состоит из крепежной части, уплотнителей и корпуса, имеющего две половины, между которыми устанавливаются биполярные пластины, зажимающие изучаемые мембранно-электродные блоки, где, согласно полезной модели, регулировка силы прижатия мембранно-электродного блока осуществляется за счет механизма крепления двух половин корпуса с помощью эксцентрикового прижимного механизма, имеющего возможностью регулировки усилия прижима, токосъемная и биполярная пластина объединены в один элемент, монтаж и демонтаж мембранно-электродного блока проводится без применения дополнительных инструментов. The technical result is achieved by the fact that the test fuel cell consists of a mounting part, seals and a housing having two halves, between which bipolar plates are installed, clamping the membrane-electrode blocks under study, where, according to the utility model, the pressing force of the membrane-electrode block is adjusted the expense of the mechanism of fastening the two halves of the body with the help of an eccentric clamping mechanism, which has the ability to adjust the pressing force, current collector and bipolar plate Inen in one element, installation and disassembly of the membrane-electrode unit is carried out without the use of additional tools.

Отличительными признаками от прототипа является то, что биполярная и токосъемная пластины объединены в один элемент, в качестве зажима мембранно-электродного блока используется эксцентриковый механизм, а также, применение в качестве материала корпуса ТТЭ капролактама (пластика).Distinctive features of the prototype is that the bipolar and collector plates are combined into one element, an eccentric mechanism is used as a clamp of the membrane-electrode unit, and also use caprolactam (plastic) as the material of the TTE housing.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о наличии «новизны» в представляемой модели.The presence of distinctive features allows us to conclude that there is a “novelty” in the represented model.

На фиг.1 представлен тестовый топливный элемент в разобранном виде, где:Figure 1 presents the test fuel cell in disassembled form, where:

1 - основания тестового топливного элемента;1 - the base of the test fuel cell;

2 - эксцентриковые прижимные механизмы;2 - eccentric clamping mechanisms;

3 - фитинги для подачи топлива, окислителя и отвода отработанных газов;3 - fittings for the supply of fuel, oxidizer and exhaust gases;

4 - направляющие;4 - guides;

5 - биполярные пластины, совмещенные с токосъемными пластинами.5 - bipolar plates, combined with collector plates.

Тестовый топливный элемент содержит биполярные пластины, объединенные в один элемент с токосъемными пластинами 5, установленные в пластиковое основание 1. В пластиковом основании, в свою очередь, имеются каналы для подвода топлива, окислителя, и отвода отработанных газов. Для удобства центровки полученных сборочных единиц используются направляющие 4. К полученной сборке для подвода топлива, окислителя и отвода отработанных газов крепятся фитинги 3. Чтобы подать топливо и окислитель в получившуюся сборку требуется обеспечение постоянного давления на половинки ТТЭ с целью герметичного прижатия друг к другу, эту задачу выполняют эксцентриковые прижимные механизмы 2.The test fuel cell contains bipolar plates, combined into a single cell with collector plates 5, installed in a plastic base 1. In a plastic base, in turn, there are channels for supplying fuel, oxidizer, and exhaust gases. For ease of alignment of the assembly units obtained, the guides 4 are used. The fittings are attached to the assembly for supplying fuel, oxidizer and exhaust gas. To supply fuel and oxidizer to the resulting assembly, it is necessary to provide constant pressure on the TTE halves in order to press each other tightly The task is performed by eccentric clamping mechanisms 2.

Благодаря полученной конструкции ТТЭ, замена МЭБ происходит быстро, а единожды выставленное усилие на эксцентриковом механизме позволяет получать достоверные результаты измерений на протяжении всего периода испытаний образцов одного типа.Due to the TTE design, the replacement of the MEA occurs quickly, and once exerted force on the eccentric mechanism allows to obtain reliable measurement results throughout the entire period of testing samples of the same type.

Claims

A test fuel cell consisting of a mounting part, seals and a body having two halves, between which bipolar plates are installed, clamping the membrane-electrode blocks under study, characterized in that the pressing force of the membrane-electrode block is adjusted by means of a mechanism for fixing two halves of the body using an eccentric clamping mechanism with the ability to adjust the pressing force, the current collector and bipolar plate are combined into one element.