[發(fā)明專利]燃料電池內(nèi)部溫度-電流密度分布測量插片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410636187.4
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104359571A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭航;王政;葉芳;馬重芳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01R19/08
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池內(nèi)部溫度-電流密度分布測量插片，屬于燃料電池檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

燃料電池中的電化學(xué)反應(yīng)集中在膜電極上，由于燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行工況選取的不同，導(dǎo)致膜電極上電化學(xué)反應(yīng)速率并不均勻，這對燃料電池的性能有很大的影響。燃料電池內(nèi)部溫度和電流密度分布的均勻性能夠反映出膜電極表面電化學(xué)反應(yīng)的均勻程度，通過對其測量，可以為優(yōu)化燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選取最佳運(yùn)行工況提供依據(jù)。

對于溫度的測量，其傳統(tǒng)方法主要是將微型溫度傳感器、熱電偶或熱電阻埋入燃料電池的流道中，或與燃料電池的膜電極熱壓為一體，這些方法不僅加工制作困難，而且測溫元件的植入也破壞了燃料電池整體結(jié)構(gòu)的氣密性，甚至降低了膜電極的活性面積，進(jìn)而影響到了燃料電池的性能；電流密度測量的主要方法有子電池法、局部膜電極法、磁環(huán)組法等，這些方法大多需要對燃料電池的極板或流場板進(jìn)行加工改造或分割膜電極組件，加工難度大、工藝復(fù)雜、制作成本高。而對燃料電池內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行逐一測量，無疑增加了測量工作的復(fù)雜程度和工作量，同時對燃料電池性能的穩(wěn)定也有很大的影響，因此制作能夠同步測量燃料電池內(nèi)部多種參數(shù)分布的測量裝置是很有必要的。

本發(fā)明的燃料電池內(nèi)部溫度-電流密度分布測量插片能夠?qū)崿F(xiàn)同步在線測量燃料電池內(nèi)部溫度和電流密度的分布情況，簡化了燃料電池內(nèi)部溫度和電流密度分布測量的方法；該發(fā)明獨(dú)立于被測燃料電池，不需要對被測燃料電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，減少了對燃料電池的多次拆裝，從而降低了由于多參數(shù)分布測量而帶來的成本增高和工作量增加，也減少了對燃料電池性能的破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能同步在線測量燃料電池內(nèi)部溫度和電流密度分布的測量裝置。該裝置可作為獨(dú)立構(gòu)件安裝于燃料電池內(nèi)部，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，無需對燃料電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，簡化了燃料電池內(nèi)部溫度和電流密度同步分布測量的步驟。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為燃料電池內(nèi)部溫度-電流密度分布測量插片，該測量插片包括導(dǎo)電基片1、漏縫2、筋3、溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4、引線5、定位孔7；所述漏縫2、筋3設(shè)置在導(dǎo)電基片1上，筋3位于兩相鄰漏縫2之間，漏縫2和筋3的形狀和尺寸分別與燃料電池流場板上流道和脊的形狀和尺寸相同，漏縫2和筋3的位置分別與燃料電池流場板流道和脊相對應(yīng)；所述溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4設(shè)置在筋3上；引線5的一端與溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的邊緣并放大形成引腳6；定位孔7對稱、均勻設(shè)置在導(dǎo)電基片1四周，用以將導(dǎo)電基片1固定在燃料電池流場板上；燃料電池組裝時，溫度-電流密度分布測量插片布置在燃料電池流場板與膜電極中間，其設(shè)置有溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4的面朝向膜電極側(cè)并與之緊密接觸。

所述溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4采用真空蒸發(fā)鍍膜方法在筋3上蒸鍍六層薄膜：第一層為在筋3上蒸鍍一層厚為0.08-0.12μm的二氧化硅絕緣層14；第二層為蒸鍍在二氧化硅絕緣層14上厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶銅鍍層15；第三層為蒸鍍在二氧化硅絕緣層14上厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶鎳鍍層16；所述薄膜熱電偶銅鍍層15和薄膜熱電偶鎳鍍層16的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)27，首端為薄膜熱電偶接線引出端26；第四層為在薄膜熱電偶金屬鍍層上方蒸鍍的厚為0.08-0.12μm的二氧化硅保護(hù)層17；第五層為在二氧化硅保護(hù)層17上方蒸鍍的厚為1.5-2.0μm的電流密度測量銅鍍層18；第六層為在電流密度測量銅鍍層18上方蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的電流密度測量金鍍層19；所述電流密度測量銅鍍層18和電流密度測量金鍍層19相互重疊，首端為電流密度測量金屬鍍層接線引出端29。

所述薄膜熱電偶接線引出端26和電流密度測量金屬鍍層接線引出端29均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層14的同一側(cè)。

所述導(dǎo)電基片1的形狀可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規(guī)則圖形。

所述導(dǎo)電基片1上漏縫2的形狀可為蛇形漏縫、平行漏縫、孔狀漏縫、交錯型漏縫。

所述溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4中由銅和鎳組成的薄膜熱電偶金屬鍍層材料還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鉬和鎳、銻和鈷替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。

所述溫度-電流密度聯(lián)測傳感器4中薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形。