[發明專利]一種甲醇濃度傳感器

無效

• 申請號: 201210552648.0
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN102998352A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 邢巍;廖建輝;李晨陽;張玉微;嚴亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;H01M8/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，特別涉及甲醇濃度傳感器。

背景技術

甲醇濃度傳感器主要用于檢測和控制甲醇燃料電池中的甲醇濃度，以保證甲醇燃料電池在合理的甲醇濃度范圍內工作。甲醇燃料電池對甲醇的濃度具有較高的要求，使用高濃度的甲醇溶液，容易產生嚴重的甲醇滲透問題。發生甲醇滲透不僅會給陰極帶來混合電勢，降低電池的輸出電壓，還會帶來電池壽命下降，燃料利用率低及運行時間短等問題。因此，只有保持電池中甲醇濃度處于合理的濃度范圍，才能保證電池具有較高的電化學性能，這就需要采用濃度傳感器來監測并調節甲醇的濃度。

現有技術中提供了多種甲醇濃度的檢測方法，主要包括物理法和化學法。如Hengbing?Zhao等人在“Journal?of?Power?Sources?159(2006)626-636”中介紹了基于密度，電容，粘度，聲速，紅外，折光指數，熱容，溫升等現象的傳感器。謝靜宜等（化學學報Vol.65,2007第6期,532～536）測量了氣體甲醇存在時的催化熒光現象；C.W.Lin等在“Materials?Chemistry?and?Physics?55，1998，139-144”中在鋁基材上使用金電極和聚吡咯等材料做成膜狀傳感器，通過測量甲醇存在時的膜電阻變化來得到甲醇濃度；Kyongsoo?Lee等在“CARBON?49(2011)787-792”中使用碳納米管和Nafion制成傳感器，也是測量電阻的變化；J.K.Srivastava等在“Journal?of?Natural?Gas?Chemistry20(2011)179-183”中使用氧化鉛摻雜的氧化錫薄膜做傳感器；M.mabrook等在“Sensors?and?actuators,B?75(2001)197,202”中使用二氧化鈦-聚偏氟乙烯復合膜，也都是通過測量電阻或電流來得到濃度信息。

在燃料電池領域，采用基于質子交換膜電極（MEA）的甲醇濃度傳感器具有更好的實用性及針對性。孫維等人在“Journal?of?PowerSources?162(2006)1115–1121”中介紹了一種脈沖式甲醇濃度傳感器，通過在兩個膜電極的陰極和陽極之間施加脈沖式電壓來檢測甲醇的濃度。但是，這種脈沖式甲醇濃度傳感器必須具備脈沖發射裝置，結構復雜，體積大。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種甲醇濃度傳感器，結構簡單，體積小。

本發明提供了一種甲醇濃度傳感器，包括:電極裝置，溫度傳感器和電子控制板；

所述電極裝置包括陽極導電支撐流場板、陰極導電支撐流場板和介于所述陽極導電支撐流場板和陰極導電支撐流場板之間的質子交換膜電極；

所述質子膜電極包括依次疊加設置的陰極擴散層、陰極催化劑層、質子交換膜、陽極催化劑層和陽極擴散層；所述陰極擴散層與陰極導電支撐流場板連接，所述陽極擴散層與陽極導電支撐流場板連接；

所述陽極導電支撐流場板、陰極導電支撐流場板和溫度傳感器分別與電子控制板連接。

優選的，所述質子交換膜電極的有效面積為0.2~2cm²。

優選的，所述質子交換膜電極與陽極導電支撐流場板之間還包括密封邊框。

優選的，所述質子交換膜電極與陰極導電支撐流場板之間還包括密封邊框。

優選的，所述陰極擴散層為碳紙或碳布。

優選的，所述陽極擴散層為碳紙或碳布。

優選的，所述陰極催化劑層的催化劑為鉑黑，鉑黑的用量為2~8mg/cm²。

優選的，所述陽極催化劑層的催化劑為鉑釕黑，鉑釕黑的用量為2~8mg/cm²。

優選的，所述陽極導電支撐流場板上具有朝向質子交換膜電極的點狀流場，點狀流場外圍繞有氣體溢出通道。

優選的，所述陰極導電支撐流場板上具有條形流場。

與現有技術相比，本發明的甲醇濃度傳感器包括電極裝置、溫度傳感器和電子控制板，所述電極裝置包括陽極導電支撐流場板、陰極導電支撐流場板和介于所述陽極導電支撐流場板和陰極導電支撐流場板之間的質子交換膜電極；所述質子膜電極包括依次疊加設置的陰極擴散層、陰極催化劑層、質子交換膜、陽極催化劑層和陽極擴散層；所述陰極擴散層與陰極導電支撐流場板連接，所述陽極擴散層與陽極導電支撐流場板連接；所述陽極導電支撐流場板、陰極導電支撐流場板和溫度傳感器分別與電子控制板連接。