[發明專利]燃料電池內部濕度-熱流密度聯測傳感器

在審

• 申請號: 201410636169.6
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104359950A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 郭航;王政;葉芳;馬重芳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01K17/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.燃料電池內部濕度-熱流密度聯測傳感器，包括燃料電池流場板(1)、濕度-熱流密度聯測傳感器(4)、引線(5)，在燃料電池流場板(1)上設有流道(2)和脊(3)，濕度-熱流密度聯測傳感器(4)設置在燃料電池流場板(1)兩相鄰流道(2)之間的脊(3)上，引線(5)的一端與濕度-熱流密度聯測傳感器(4)的接線引出端相接，另一端延伸至燃料電池流場板(1)的邊緣；燃料電池組裝時，燃料電池流場板(1)上布置有濕度-熱流密度聯測傳感器(4)的面朝向燃料電池膜電極側并與之緊密接觸；其特征在于：

所述濕度-熱流密度聯測傳感器(4)集成了濕敏電容測濕單元和薄膜熱流計測熱流單元，采用真空蒸發鍍膜方法制作，包括八層薄膜：第一層為蒸鍍在脊(3)上的厚為0.08-0.12μm的二氧化硅絕緣層(14)，作為絕緣襯底，第二層為在二氧化硅絕緣層(14)上蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的下電極鋁鍍層(15)，第三層為在下電極鋁鍍層(15)上方涂覆一層厚為0.5-1μm的高分子聚合物感濕介質層(16)，第四層為在高分子聚合物感濕介質層層(16)上方蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的上電極鋁鍍層(17)；所述上電極鋁鍍層(17)、高分子聚合物感濕介質層(16)和下電極鋁鍍層(15)構成濕敏電容測濕單元，首端為濕敏電容接線引出端(33)，其中上電極鋁鍍層(17)的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層(14)上蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的薄膜熱流計銅鍍層(18)，第六層為在二氧化硅絕緣層(14)上蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的薄膜熱流計鎳鍍層(19)，第七層為在先前鍍層的基礎上蒸鍍的厚為0.08-0.12μm的二氧化硅保護層(20)，第八層為在薄膜熱流計上結點(31)所對的二氧化硅鍍層上方蒸鍍一層厚為1.2-2.0μm的二氧化硅厚熱阻層(21)；所述薄膜熱流計銅鍍層(18)、薄膜熱流計鎳鍍層(19)、二氧化硅保護層(20)和二氧化硅厚熱阻層(21)構成薄膜熱流計測熱流單元，首端為薄膜熱流計接線引出端(30)；所述薄膜熱流計銅鍍層(18)和薄膜熱流計鎳鍍層(19)的形狀分別為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構成薄膜熱流計上結點(31)和薄膜熱流計下結點(32)；

所述薄膜熱流計接線引出端(30)和濕敏電容接線引出端(33)均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層(14)的同一側；

濕度-熱流密度聯測傳感器的制作步驟包括步驟一(22)、步驟二(23)、步驟三(24)、步驟四(25)、步驟五(26)、步驟六(27)、步驟七(28)、步驟八(29)；具體而言，步驟一(22)，在燃料電池流場板(1)的脊(3)上根據二氧化硅絕緣層掩膜(6)蒸鍍一層二氧化硅絕緣層(14)；步驟二(23)，在二氧化硅絕緣層(14)上根據下電極鋁鍍層掩膜(7)蒸鍍一層下電極鋁鍍層(15)；步驟三(24)，根據高分子聚合物感濕介質層掩膜(8)在下電極鋁鍍層(15)上方涂覆一層高分子聚合物感濕介質層(16)；步驟四(25)，在高分子聚合物感濕介質層(16)的上方根據上電極鋁鍍層掩膜(9)蒸鍍一層上電極鋁鍍層(17)；步驟五(26)，根據薄膜熱流計銅鍍層掩膜(10)在二氧化硅絕緣層(14)上蒸鍍一層薄膜熱流計銅鍍層(18)；步驟六(27)，根據薄膜熱流計鎳鍍層掩膜(11)在二氧化硅絕緣層(14)上蒸鍍一層薄膜熱流計鎳鍍層(19)；步驟七(28)，在先前鍍層的基礎上根據二氧化硅保護層掩膜(12)蒸鍍一層二氧化硅保護層(20)，其即作為濕敏電容的保護層，又作為薄膜熱流計的薄熱阻層；步驟八(29)，在薄膜熱流計上結點(31)所對應的二氧化硅鍍層上方根據二氧化硅厚熱阻層掩膜(13)蒸鍍一層二氧化硅厚熱阻層(21)；由以上步驟構成濕度-熱流密度聯測傳感器，外接測量電路和數據采集設備即可實現對燃料電池內部濕度和熱流密度的同步測量。

2.根據權利要求1所述的燃料電池內部濕度-熱流密度聯測傳感器，其特征在于：所述濕度-熱流密度聯測傳感器(4)中二氧化硅絕緣層(14)可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規則圖形。

3.根據權利要求1所述的燃料電池內部濕度-熱流密度聯測傳感器，其特征在于：所述測濕單元濕敏電容中上下電極金屬鍍層材料，還可選用金、銅、鉑金屬代替。

4.根據權利要求1所述的燃料電池內部濕度-熱流密度聯測傳感器，其特征在于：所述上電極鋁鍍層(17)的形狀是根據掩膜的形狀而設定的，其形狀還可為鋸齒狀、梳狀。