[發明專利]一種壓力與位移測控裝置

無效

• 申請號: 200810228041.0
• 申請日: 2008-10-09
• 公開（公告）號: CN101388464A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 王立鼎;劉沖;梁軍生;馬天亮;施維枝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M8/00
• 分類號: H01M8/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明涉及一種壓力與位移測控裝置，特別是用于質子交換膜燃料電池封裝的壓力與位移測控裝置，尤其是適于在監測電池性能參數的情況下，調節封裝壓力和位移，進行原位封裝的裝置。

背景技術

燃料電池是一種新型的清潔能源，具有能量密度高、環境有好、操作簡便和安全可靠等優點。其中，質子交換膜燃料電池是近年來重點發展的燃料電池類型，它以氫氣或甲醇水溶液為燃料，以純氧或空氣為氧化劑，產物為無污染的水及二氧化碳。相對于傳統電池，它可以提供更高的電流密度，燃料更容易更換、儲存和獲得，因此被認為是便攜式電子裝置如隨身聽、手機、電腦等的理想能源，獲得了越來越廣泛的重視。

質子交換膜燃料電池的關鍵部件包括：流場板(flow?field?plate，FFP)、氣體擴散層(gas?diffusion?layer，GDL)和膜電極(membraneelectrode?assembly，MEA)，其他部件還包括集流網、匹配框、電池端板等。其中，流場板的表面加工有不同形式的溝道，分散反應物的同時收集電流；膜電極是燃料電池的核心部件，兩側是電化學反應的催化劑，中間是傳導質子的全氟磺酸膜；氣體擴散層位于流場板與膜電極之間，是反應物和生成物的擴散通道，是熱量和電流的傳導介質，同時MEA還起到機械支撐作用。燃料電池封裝是將上述部件組裝并包封為一體的過程，其中封裝壓力和壓縮量是至關重要的封裝參數，因為氣體擴散層傳質特性和導電特性，氣體擴散層與流場板以及氣體擴散層與膜電極之間的接觸特性，都強烈地依賴于施加于其上的封裝壓力。研究結果表明，增大封裝壓力可以降低接觸電阻以及GDL的本體電阻，但同時會降低GDL的氣液傳質特性，過大的封裝壓力還可能引起GDL結構的破環；對不同流場板結構、不同電池材料的直接甲醇燃料電池存在不同的最佳壓力值，在此壓力下，電池的性能達到最優。

文獻Woo-kum?Lee，Chien-Hsien?Ho，J.W.Van?Zee，et?al.The?effectsof?compression?and?gas?diffusion?layers?on?the?performance?of?a?PEMfuel?cell[J].Journal?of?Power?Sources，1999(84)：45-51.通過螺栓扭矩表示封裝壓力，研究了封裝壓力與燃料電池輸出性能之間的關系，其主要缺點是壓力測量數據精度低，且各個螺栓的扭矩很難同時施加，易造成燃料電池各處壓力不均勻，其封裝狀態難于保證一致。文獻V.Mi?shra，F.Yang，R.Pitchumani.Measurement?and?Prediction?of?Electrica]Contact?Resistance?Between?Gas?Diffusion?Layers?and?Bipolar?Platefor?Applications?to?PEM?Fuel?Cells[J].Journal?of?Fuel?Cell?Scienceand?Technology，2004(1)：2-9.利用萬能試驗機研究了GDL的壓縮彈性模量和燃料電池組件間的接觸電阻，萬能試驗機精度較高，但是不便于和燃料電池封裝夾具連接，難于實現燃料電池的在線原位測試。文獻1wao?Nitta，Tero?Hottinen，Olli?Himanen，et?al.Inhomogeneous?compression?ofPEMFC?gas?diffusion?layer?PartI.Experimental[J].Journal?of?PowerSources，2007(171)：26-36.采用一系列不同厚度的剛性墊圈來限制GDL的壓縮量，結合自行設計的夾具，研究了封裝壓力對GDL機械變形、電阻、透氣特性的影響，采用剛性墊圈限制GDL壓縮量，可以較好地控制封裝壓縮量，但是得不到封裝壓力信息，并且剛性墊圈的厚度不能連續變化，高精度的墊圈加工困難。以上文獻集中于封裝壓力及壓縮量對燃料電池特性或其部件特性的影響研究，雖然取得了一定成果，但是由于存在上述缺點和困難，影響了測試的精度和效率；更為關鍵的是以上研究所采用的裝置均不能實現燃料電池的原位封裝，即在監測電池性能參數的情況下，調節封裝壓力和位移，對燃料電池進行可靠封裝。

發明內容