[發明專利]一種測定質子交換膜燃料電池陽極體積的裝置及使用方法

在審

• 申請號: 201410228343.3
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104034384A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 陳鳳祥;陳興;劉士廣;章桐
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，涉及一種測定質子交換膜燃料電池陽極體積的裝置及使用方法。

置景技術

燃料電池是將燃料的化學能直接轉換成電能的裝置。燃料電池具有效率高、無污染、重量輕等優點，被稱為21世紀的綠色環保能源，極具發展潛力和應用前景。燃料電池的主要構成組件為：電極、電解質隔膜與集電器等。質子交換膜燃料電池(PEMFC)使用一種薄的聚合物作為電解質，可在低溫工作，且具有較高的功率密度，所以在應用上很具吸引力。

燃料電池的電極是燃料發生氧化反應與還原劑發生還原反應的電化學反應場所，其性能的好壞關鍵在于觸媒的性能、電極的材料與電極的制程等。電極分為陽極和陰極，厚度一般為200～500mm；其結構與一般電池平板電極的不同之處在于燃料電池的電極為多孔結構。之所以設計成多孔結構的主要原因是燃料電池所使用的燃料及氧化劑大多為氣體(例如氧氣、氫氣等)，而氣體在電解質中的溶解度并不高，為了提高燃料電池的實際工作電流密度與降低極化作用，發展出多孔結構的電極，以增加參與氧化還原反應的電極表面積。目前，質子交換膜燃料電池陽極體積的測定在燃料電池的工作性能分析研究中具有重要意義。然而，質子交換膜燃料電池的陽極一般都設計成多孔結構，這無疑會增加準確測定電池陽極體積的難度。同時，現階段針對質子交換膜燃料電池陽極體積測定的研究工作，鮮有文獻報道。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種測定質子交換膜燃料電池陽極體積的裝置及使用方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種測定質子交換膜燃料電池陽極體積的裝置，該裝置包括泵氣機、壓力計、待測燃料電池陽極、閥門、導管、量杯及水槽，所述的泵氣機通過導管依次連接壓力計、待測燃料電池陽極及閥門，所述的水槽中盛有去離子水，所述的量杯垂直倒置于水槽中，調整量杯浸沒于去離子水的垂直高度，使去離子水完全充滿量杯，并將量杯固定住，所述的導管的末端通過水槽中的去離子水伸入至量杯中。

采用上述裝置測定質子交換膜燃料電池陽極體積，具體步驟如下：

A.充氣階段：接通泵氣機電源，通過泵氣機向待測燃料電池陽極內注入空氣5～10min，關閉電源，待壓力計讀數穩定后，記錄讀數為p₁；

B.放氣階段：打開閥門，待測燃料電池陽極內空氣經導管進入量杯中，待壓力計讀數穩定后，記錄讀數為p₂，并分別標記量杯和水槽中去離子水的液面位置；

C.測量計算：根據步驟B中標記的去離子水(7)液面位置計算出量杯(6)內外液面的高度差為h，并測量計算出量杯(6)的橫截面面積為s，根據公式p₁V＝p₂(V+h·s)可得：

從而計算出待測燃料電池陽極的體積，

其中：V為待求陽極體積，p1為充氣階段結束時壓力計(2)讀數穩定后的壓力計讀數，p2為放氣階段結束時壓力計(2)讀數穩定后的壓力計讀數，h為根據步驟B中標記的去離子水(7)液面位置計算出的量杯(6)內外液面的高度差，s為量杯(6)的橫截面面積。

為減小測量誤差，重復上述測量步驟，對測量計算出的V取平均值。

與現有技術相比，采用本發明裝置測定質子交換膜燃料電池陽極體積所得結果誤差小，裝置簡單，操作方便，具有較好的實用性。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構示意圖；

圖中標記說明：

1-泵氣機、2-壓力計、3-PEMFC陽極、4-閥門、5-導管、6-量杯、7-液面、8-水槽。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

如圖1所示，一種測定質子交換膜燃料電池陽極體積的裝置，該裝置包括泵氣機1、壓力計2、待測燃料電池陽極3、閥門4、導管5、量杯6及水槽8，所述的泵氣機1通過導管5依次連接壓力計2、待測燃料電池陽極3及閥門4，所述的水槽8中盛有去離子水7，所述的量杯6垂直倒置于水槽8中，調整量杯6浸沒于去離子水7的垂直高度，使去離子水7完全充滿量杯6，并將量杯6固定住，所述的導管5的末端通過水槽8中的去離子水7伸入至量杯6中。

采用上述裝置測定質子交換膜燃料電池陽極體積，具體步驟如下：

A.充氣階段：接通泵氣機1電源，通過泵氣機1向待測燃料電池陽極3內注入空氣5～10min，關閉電源，待壓力計2讀數穩定后，記錄讀數為p₁；