[發明專利]燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器

有效

• 申請號: 201410637413.0
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104377373A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 郭航;王政;劉佳興;葉芳;馬重芳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;G01K7/02
• 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.燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器，包括燃料電池流場板(1)、溫度-濕度聯測傳感器(4)、引線(5)，在燃料電池流場板(1)上設有流道(2)和脊(3)，溫度-濕度聯測傳感器(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-濕度聯測傳感器(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-濕度聯測傳感器(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：

所述溫度-濕度聯測傳感器(4)集成了薄膜熱電偶測溫單元和濕敏電容測濕單元，采用真空蒸發鍍膜方法制作，包括七層薄膜：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(13)，第二層為在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的下電極鋁鍍層(14)，第三層為在下電極鋁鍍層(14)上方涂覆一層厚為0.5-1μm的高分子聚合物感濕介質層(15)，第四層為在高分子聚合物感濕介質層(15)上方蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的上電極鋁鍍層(16)；所述上電極鋁鍍層(16)、高分子聚合物感濕介質層(15)和下電極鋁鍍層(14)構成了濕敏電容，首端為濕敏電容接線引出端(29)，其中上電極鋁鍍層(16)的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶銅鍍層(17)，第六層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶鎳鍍層(18)；所述薄膜熱電偶銅鍍層(17)和薄膜熱電偶鎳鍍層(18)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(28)，首端為薄膜熱電偶接線引出端(27)；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(19)；

所述薄膜熱電偶接線引出端(27)和濕敏電容接線引出端(29)均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層(13)的同一側。

溫度-濕度聯測傳感器的制作步驟包括步驟一(20)、步驟二(21)、步驟三(22)、步驟四(23)、步驟五(24)、步驟六(25)、步驟七(26)；具體而言，步驟一(20)，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(13)，作為絕緣襯底；步驟二(21)，在二氧化硅絕緣層(13)上根據下電極鋁鍍層掩膜(7)蒸鍍一層下電極鋁鍍層(14)；步驟三(22)，根據高分子聚合物感濕介質層掩膜(8)在下電極鋁鍍層(14)上方涂覆一層高分子聚合物感濕介質層(15)；步驟四(23)，在高分子聚合物感濕介質層(15)的上方根據上電極鋁鍍層掩膜(9)蒸鍍一層上電極鋁鍍層(16)；步驟五(24)，根據薄膜熱電偶銅鍍層掩膜(10)在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍一層薄膜熱電偶銅鍍層(17)；步驟六(25)，根據薄膜熱電偶鎳鍍層掩膜(11)在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍一層薄膜熱電偶鎳鍍層(18)；步驟七(26)，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(19)，以保護傳感器不受燃料電池內部電流的干擾；由以上步驟構成溫度-濕度聯測傳感器，外接測量電路和數據采集設備即可實現對燃料電池內部溫度和濕度的同步測量。

2.根據權利要求1所述的燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器，其特征在于：所述溫度-濕度聯測傳感器(4)中二氧化硅絕緣層(13)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溫度-濕度聯測傳感器，其特征在于：所述濕敏電容上下電極的金屬鍍層材料，還可選用金、銅和鉑金屬代替。

4.根據權利要求1所述的燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器，其特征在于：所述上電極鋁鍍層(16)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。

5.根據權利要求1所述的燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器，其特征在于：所述薄膜熱電偶金屬鍍層材料中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層還可以選用鎢和鎳、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。

6.根據權利要求1所述的燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器，其特征在于：所述薄膜熱電偶銅鍍層(17)和薄膜熱電偶鎳鍍層(18)的形狀是根據掩膜的形狀而設定的，還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規則形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形。