[發明專利]質子交換膜燃料電池密封件耐久性測試裝置及方法

無效

• 申請號: 201110045905.7
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102175593A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 楊代軍;馬建新;鄭小亮;鄭俊生;呂洪;林瑞;張浩
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，涉及一種質子交換膜燃料電池用密封件耐久性的測試裝置及方法，具體地說，就是通過模擬質子交換膜燃料電池內部反應環境來考察各因素對質子交換膜燃料電池密封件耐久性的綜合影響。

背景技術

質子交換膜燃料電池作為一種清潔高效的能源轉換裝置，得到了廣泛的關注與應用。它的基本原理是在陽極側通入燃料(H₂或者甲醇等)在陰極側通入氧化劑(O₂或者空氣)，并使之在催化劑的作用下發生電化學反應，生成水(以甲醇作燃料時為水與CO₂)并產生電能。同時，為了即時排除電化學反應過程中產生的熱量，還需要將冷卻流體(一般為水或空氣)通入電池內部進行散熱。

燃料電池密封件的主要作用是防止燃料電池內部的燃料、氧化劑及冷卻流體的互竄(內漏)與向周圍環境的泄漏(外漏)。因為在反應過程中不管發生內漏還是外漏，都會使燃料電池的能量轉換效率降低、影響其發電性能，甚至還存在爆炸的危險。而在燃料電池的運行過程中，其內部的酸性及溫濕度環境、電化學反應過程中產生的強氧化性物質(如H₂O₂和HO·、HOO·等游離基)均會對密封件的耐久性產生一定影響，使其老化甚至降解，造成密封性能衰減。因此，密封件的耐久性是考察燃料電池可靠性與耐久性的重要因素之一；考察組裝壓力、酸度、環境溫度以及氧化性物質對于燃料電池密封件的耐久性的影響對于研究燃料電池的耐久性、促進燃料電池的商業化非常重要。

清華大學申請的中國專利ZL200610144011.2涉及和一種燃料電池的密封裝置，在膜電極組件(MEA)與雙極板之間形成密封面；上海神力科技有限公司申請的中國專利ZL200610030850.1涉及一種燃料電池的密封結構，可實現電池的自由更換，降低成本；三井化學株式會社等申請的國際專利申請PCT/JP2006/312860則涉及一種可用于燃料電池密封的橡膠組合物材料，適用于液態注射成形(LIM)工藝。C.C.Chen等人發明的美國專利09/794,674涉及一種不同厚度的密封件，目的是為了使雙極板上的應力分布更均勻，以提高其耐久性。MA.Yandrasits等人發明的美國專利10/322,225涉及一種一步法密封MEA的方法。類似的專利還有很多，但迄今為止，這些與燃料電池密封有關的專利基本都只涉及密封件的材料、結構與工藝，而沒有涉及燃料電池密封件的耐久性測試。

發明內容

為了考察組裝壓力、酸度、環境溫度以及氧化性物質對于燃料電池密封件耐久性的影響，本發明提供了一種質子交換膜燃料電池密封件耐久性測試裝置及方法。

為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是：

一種質子交換膜燃料電池密封件耐久性測試裝置，其包括石墨板、石墨蓋板和待測密封件，石墨板上刻有凹槽，待測密封件置于凹槽內，并在待測密封件上部覆蓋石墨蓋板形成密封腔體。

所述石墨板上的凹槽至少為一個，且各凹槽的深度相同。

所述石墨板和石墨蓋板的對應位置設有螺孔，連接件穿過該螺孔固定石墨板和石墨蓋板。

所述石墨板的螺孔處墊設有調整墊片。

其還包括夾具，夾具設有螺孔，置于石墨板和石墨蓋板不接觸的兩端面的外側，通過連接件鎖固石墨板和石墨蓋板。

一種質子交換膜燃料電池密封件耐久性測試方法，其包括以下步驟：

1)在進行耐久性測試前，先行測試待測密封件的厚度、硬度及其拉伸強度；每個指標至少測五次，并進行算術平均，記錄其平均值；

2)將待測密封件制成權利要求1所述的測試裝置的密封腔體，并在密封腔體中注入溶液，該溶液模擬燃料電池反應時內部的化學環境；

3)將該測試裝置放于相對濕度80％，溫度80℃的環境箱中，且每隔24小時補充上述溶液一次，直至測試結束；

4)取出經耐久性測試后的待測密封件，再次測試其厚度、硬度及拉伸強度；每個指標至少測五次，并進行算術平均，記錄其平均值；與步驟1)中的結果進行比較，以確定待測密封件的耐久性變化。

前述測試裝置的石墨板、石墨蓋板組件在測試時可以采用兩組及更多組堆疊的方式進行組裝，每個組件的密封腔體可以分別采用不同材質、不同外形或不同制作工藝的密封件，并注入相同的模擬溶液。這樣即可同時進行不同材質密封件的耐久性測試與比較，提高效率。

由于采用了上述方案，本發明具有以下特點：

1.模擬燃料電池密封件使用的實際環境對其進行耐久性考察，結果真實可靠；

2.操作簡便易行，可保證實驗結果的可重復性；