[發明專利]一種燃料電池電解質膜的燃料滲透率測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710606439.2
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107340221B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 褚雯;秦海英;劉嘉斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;H01M8/04313
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟;張斌

本發明公開了一種燃料電池電解質膜的燃料滲透率測試裝置，所述裝置至少包括兩個相連的腔室，連接兩個腔室的聯接開口，各腔室另設有對外開口；還包括金屬網、密封圈及外接電源，金屬網一側設有引線，用于連接外接電源。工作時，將兩金屬網夾緊待測電解質膜，并安裝于兩個腔室的聯接開口，密封圈密封開口周邊，使貫通兩腔室的聯接開口處于密封狀態，確保液體燃料僅通過電解質膜從一個腔室滲透至另一個腔室；之后在兩金屬網兩端施加電壓，測試在電場條件下電解質膜的燃料滲透情況。本發明用通電的金屬網來模擬燃料電池工作時燃料在電場下滲透電解質膜的過程，解決了常規滲透率測試方法中無法考慮電池工作環境的技術問題。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，特別涉及燃料電池中聚合物電解質膜的燃料滲透率。

背景技術

燃料電池作為一種將化學能轉換為電能的特殊裝置，由于具有能量轉換效率高、低污染、儲能物質選擇范圍寬、低噪音等多種其他能量發生裝置不可比擬的優越性，被認為是最有希望的、環境友好的新型化學電源之一。其中，聚合物電解質膜燃料電池具有快速啟動和對負荷變化的快速響應等優點，受到越來越多的關注，成為了最近的研究熱點。

聚合物電解質膜燃料電池以聚合物電解質膜為固體電解質，以貴金屬或者過渡金屬為電極催化劑。電解質膜起到分割陰陽兩極及傳導質子（H⁺）或氫氧根離子（OH^-）的作用，是聚合物電解質膜燃料電池中的一個關鍵部件。聚合物電解質膜的性能好壞對聚合物電解質膜燃料電池的發電性能起到重要作用。聚合物電解質膜燃料電池通常根據傳導離子的不同，可分為使用質子交換膜的酸性聚合物電解質膜燃料電池和使用堿性陰離子交換膜的堿性聚合物電解質膜燃料電池。

在燃料電池工作時，陰極和陽極的電勢不同使得電解質膜兩側存在電壓，也即電解質膜處于一定強度的電場中。以直接硼氫化鈉燃料電池為例，陽極通有硼氫化鈉燃料，陰極通有氧氣。硼氫化鈉在陽極被氧化為偏硼酸根和氫質子，氫質子通過電解質膜傳導到陰極，與氧氣結合為水。由于理想情況下陰極的硼氫化鈉濃度為0而陽極硼氫化鈉溶度較高，必然存在濃差擴散，也即硼氫化鈉燃料的滲透。因此有必要考慮電解質膜對燃料滲透的耐受力。尤其是當電池工作時，內電場對于燃料離子或者分子可能產生額外的電場力促進或者阻礙這些燃料離子或者分子遷移。也即電場的存在將導致電解質膜的燃料滲透行為與無電場情況大不相同。然而目前并未有關于電場條件下燃料電池電解質膜燃料滲透率的測試方法。

發明內容

針對上述所提出的問題，本發明旨在提供一種測試電場條件下燃料電池電解質膜燃料滲透率的測試裝置和方法，從而更貼合電池工作時電解質膜所處的真實滲透環境，為研發、評價電解質膜提供重要的依據。

為了能夠測試在燃料電池的工作狀態下的電解質膜的燃料滲透率，本發明提供了一套裝置，該裝置模擬燃料電池工作時，電解質膜處于電場條件下，其對燃料的滲透情況進行測試。所述裝置至少包括兩個相連的腔室，兩個腔室的連接面設有貫通兩腔室的聯接開口，所述聯接開口的周邊設置凹槽；各腔室另設有對外開口，用于從腔室里取出液體或添加液體；所述對外開口的下端口高于所述聯接開口；所述裝置至少還包括兩個金屬網，金屬網一側設置有金屬引線，金屬網與金屬引線保持電聯接；所述裝置還包括密封圈以及外接電源，所述金屬引線用于連接外接電源。工作時，將待測電解質膜緊貼于其中一個金屬網上，另一個金屬網覆于待測電解質膜上，兩金屬網夾緊待測電解質膜，并安裝于兩個腔室的聯接開口，卡入聯接開口的凹槽中，并用密封圈密封凹槽，使貫通兩腔室的聯接開口處于密封狀態，確保液體燃料僅通過電解質膜從一個腔室滲透至另一個腔室。

進一步地，所述金屬網選用不銹鋼、銀、銅、金、鉑等金屬良導體的任一種，且不與測試使用的燃料存在化學反應。

進一步地，所述金屬網的網孔為20~100 目。目數過高的金屬網對燃料透過電解質膜具有阻礙作用（含毛細現象），影響所測試的電解質膜的燃料滲透率結果；目數過低則電解質膜各處電場不均勻，且電解質膜無法被有效支撐。20~100目可以支撐電解質膜且不影響滲透并保證電場的均勻加載。