[發明專利]燃料電池測試夾具及其裝配方法

有效

• 申請號: 201110224595.5
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102323454A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 李海濱;邸志剛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R1/04
• 分類號: G01R1/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及的是一種新能源技術領域的測試工具，尤其涉及低、中溫燃料電池領域關于電解質膜的電導率和單電池性能的測試夾具，即燃料電池測試夾具及其裝配方法。

背景技術

燃料電池由于具有高的能量轉換效率、綠色無污染、多元化能源等諸多優點，成為21世紀重要的潛在新能源發展方向。燃料電池的核心部件是傳導離子并隔絕電子的電解質膜，電解質膜的優劣直接影響燃料電池的輸出性能。目前，低溫燃料電池通常采用以美國杜邦公司的Nafion^??為代表的聚合物電解質膜。Nafion^??類聚合物質子膜有高質子電導率和良好化學穩定性，但也有成本高、水分子吸附導致溶脹、甲醇滲透率高、工作溫度和濕度窗口窄等問題。為此，研究者相繼開發了有機-無機復合電解質膜和無機電解質膜。在對電解質膜的性能評價中，膜電極（MEA）裝配后的單電池性能測試最為關鍵。由于目前均以Nafion^??作為測評對象，因此在對電解質膜的性能評價中仍沿用傳統的單電池夾具來測試(如專利US?2010/0196800?A1中圖7所示結構)。此類測試夾具存在如下缺點：1.電池裝配復雜，體現在膜電極的對中和壓緊密封上，并且使用較多（一般四個以上）緊固螺栓，導致裝配費時；2.此類夾具在電池裝配上依靠很高的預緊力來保證電池的密封和集電板的良好接觸，然而在有機-無機復合電解質膜和無機電解質膜材料的單電池性能測試中，由于膜材料的差異，傳統夾具難以控制電池密封和膜電極預緊力。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種燃料電池測試夾具及其裝配方法，旨在解決電解質膜在導電率和單電池性能測試中的夾持問題，同時通過設計微調，使其成為通用型燃料電池電解質膜的導電率和單電池性能測試夾具。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種燃料電池測試夾具，包括：行走壓緊機構、固定外框、上絕緣板、下絕緣板、集成集電板的雙極板（上、下極板）和導向燕尾槽板，所述行走壓緊機構包括壓臺和定位頭，行走壓緊機構固定在固定外框上；所述上絕緣板固定在壓臺上，下絕緣板固定在固定外框上；所述集成集電板的上極板固定在上絕緣板中，集成集電板的下極板固定在下絕緣板中；所述導向燕尾槽板固定在固定外框上，壓臺嵌于導向燕尾槽板中。

所述定位頭包括平面軸承、軸用擋圈以及定位止動螺釘，所述平面軸承、定位止動螺釘設置在固定外框上，并通過軸用擋圈固定。

所述上絕緣板包括上絕緣基板，所述上絕緣基板上設有絕緣板燕尾槽導向板，雙極板定位孔，以及絕緣板導向燕尾槽。

所述雙極板，其中間設有雙極板流場、密封槽，還設有與密封槽連通的進出孔道，并且設有溫度傳感器孔、加熱棒孔以及定位孔。

所述行走壓緊機構依靠小螺距（0.5mm機械絲桿或者更為精確的步進電機）來控制壓力施加速度和大小，其壓力大小可通過在集成集電板的上極板底部或集成集電板的下極板上部安裝薄片式壓力傳感器來實現精密微調。

為保證行走壓緊機構在對電解質膜或者單電池膜電極的壓制過程中始終保證垂直施壓，對壓臺進行了燕尾槽導向配合處理。通過壓臺突出的燕尾槽滑塊和固定在固定外框的燕尾槽配合，實現了壓臺的垂直升降。同時為了減小行走過程的摩擦力，對定位頭和固定外框的接觸處引入平面軸承等降低阻力措施。

電解質膜的有效活化面積兩側對中通過上下絕緣板定位集成集電板的雙極板來實現。絕緣板同時起到絕緣上下集電板和定位集成集電板的雙極板的作用。其中上絕緣板采用燕尾槽結構或者其他類似配合結構以保證在壓緊之前集成集電板的上極板可以懸空，并且易于拆卸。

所述集電板和雙極板預先通過螺紋預緊配合，同時為了進一步增強集電板和雙極板之間的接觸，可通過對雙極板和集電板進行增大有效接觸面積（溝槽凸凹設計或者夾持軟體導電材料）的方法來處理。對于不同的測試條件，只須對集成集電板的雙極板在上下接觸電解質膜或者單電池膜電極的表面進行對應的形狀設計和處理。

本發明還提供一種燃料電池測試夾具的裝配方法，具體為：

第一步，將壓緊行走機構定位頭和壓臺和絕緣板分別固定在固定外框上。

第二步，固定壓臺與絕緣板，同時將導向燕尾槽板固定在固定外框上。

第三步，固定膜導電率或單電池性能測試用雙極板與集電板。

第四步，將集成集電板的上、下極板分別安放在上下絕緣板中并固定。

第五步，將預先制備的膜電極或者電解質膜夾持在上下極板中。