[發明專利]燃料電池內部溫度-電流密度聯測傳感器

在審

• 申請號: 201410637399.4
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104359573A
• 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: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01R19/08
• 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

技術領域

本發明屬于燃料電池內部參數測量領域，涉及燃料電池內部局部電流密度和溫度的測量，特別涉及一種燃料電池內部溫度-電流密度聯測傳感器。

背景技術

燃料電池作為一種將化學能直接轉換為電能的能量轉換裝置，具有能量密度高，無污染，低噪聲等特點，受到了世界各國研究人員的普遍關注。燃料電池的電化學反應主要集中在膜電極上，電化學反應速率的快慢決定著燃料電池性能的高低，而其又受到多種因素的影響，如反應氣體的濃度、流量，電池內部的溫度、濕度等。

燃料電池的局部電流密度，能夠反映出多種因素的影響，如燃料電池內部電阻、溫度、反應氣體的流量等，通過局部電流密度的研究有助于了解燃料電池內部的傳熱傳質現象，并為燃料電池的結構優化提供理論依據。

目前，針對局部電流密度的研究方法主要有：子電池法、局部膜電極法、磁環組法等，傳統的測量方法大多需要對燃料電池極板或流場板進行分割或特殊改造，如切割流場板或插入銅棒等，不僅制作復雜，而且容易造成燃料電池的性能降低，同時，傳統方法只能單獨測量局部的電流密度，很難與溫度的測量結合，而溫度這一參數是影響燃料電池性能的重要參數之一，是燃料電池研究關注的重點。

本發明將溫度測量和電流密度的測量方法相結合，使一個傳感器測頭實現了同步在線測量燃料電池內部溫度和電流密度的功能，無需對燃料電池的結構進行特殊改造；該傳感器體積小，響應時間快、測量精度高，可方便的對燃料電池內的單點或多點的電流密度和溫度進行同步測量而不影響燃料電池的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能同步對燃料電池內部的電流密度和溫度進行監測的傳感器。該發明不需要對燃料電池的極板和流場板進行特殊改造，結構簡單，制作方便，在燃料電池流場板上的布置位置靈活，可直接測量燃料電池內部的電流密度和溫度。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案如下：燃料電池內部溫度-電流密度聯測傳感器，包括燃料電池流場板1、溫度-電流密度聯測傳感器4、引線5，在燃料電池流場板1上設有流道2和脊3，溫度-電流密度聯測傳感器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的一端與溫度-電流密度聯測傳感器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上布置有溫度-電流密度聯測傳感器4的面朝向燃料電池膜電極側并與之緊密接觸。

所述溫度-電流密度聯測傳感器4為采用真空蒸發鍍膜方法在脊3上蒸鍍的六層薄膜：第一層為厚0.08-0.12μm的二氧化硅絕緣層12，第二層為蒸鍍在二氧化硅絕緣層12上厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶銅鍍層13，第三層為蒸鍍在二氧化硅絕緣層12上厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶鎳鍍層14；所述薄膜熱電偶銅鍍層13和薄膜熱電偶鎳鍍層14的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構成薄膜熱電偶熱端結點25，首端為薄膜熱電偶接線引出端24；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的二氧化硅保護層15，第五層為在二氧化硅保護層15上方蒸鍍的厚為1.5-2.0μm的電流密度測量銅鍍層16，第六層為在電流密度測量銅鍍層16上方蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的電流密度測量金鍍層17；所述電流密度測量銅鍍層16和電流密度測量金鍍層17構成了電流密度測量金屬鍍層26，首端為電流密度測量金屬鍍層接線引出端27。

所述薄膜熱電偶接線引出端24和電流密度測量金屬鍍層接線引出端27均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層12的同一側。