[發明專利]一種薄液層溶液控制裝置及應用

有效

• 申請號: 201910094104.6
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109752424B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 黃乃寶;張媛媛;楊國剛;孫先念;張婉琪
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/416;G01N27/48
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明涉及一種薄液層溶液控制裝置及應用，屬于燃料電池電化學領域。一種薄液層溶液控制裝置，所述裝置由工作電極支撐部分、工作電極固定密封部分和用于承裝溶液的玻璃容器構成，所述工作電極支撐部分由柱狀導電芯部和套裝在其上的絕緣套筒組成，所述絕緣套筒的軸向長度較導電芯部的軸向長度短；所述工作電極支撐部分整體貫穿玻璃容器的底板，所述電極固定密封部分使工作電極支撐部分固定在玻璃容器的底板中央部分。本發明所述控制裝置可以適用于燃料電池關鍵零部件在常規溶液和薄液層溶液中的電化學測試，也適用于常規溶液和薄液層溶液中燃料電池關鍵零部件的微區電化學測試。

技術領域

本發明涉及一種薄液層溶液控制裝置及應用，尤其涉及一種評價薄液層溶液中燃料電池關鍵零部件電化學性能的薄液層溶液控制裝置，屬于燃料電池電化學領域。

背景技術

燃料電池作為現代發展必不可少的動力來源，因其節能、高效、污染小的優點被各行各業大力使用，PEMFC作為燃料電池中重要的一員，可用于建設分布式電站、和移動電源，也是未來電動汽車的理想動力電源。膜電極和雙極板是影響PEMFC性能的關鍵組件,也是質子交換膜燃料電池實現商業化的必要條件。

膜電極三合一組件(MEA)主要包括質子交換膜、催化劑層和氣體擴散層。質子交換膜的主要作用是導質子，催化劑則用于降低陰陽極氧化劑和燃料的活化能，提高反應速度。目前催化劑的使用主要是Pt基催化劑，但是Pt資源匱乏，穩定性差，容易中毒，限制了燃料電池的商業化。氣體擴散層在電極中起著支撐催化層、穩定電極結構的作用，擴散層的多孔結構使反應氣體能夠均勻到達催化層。

盡管質子交換膜燃料電池已經在電動汽車中獲得了大量的應用，與現有的燃油車和純電動車相比，成本和壽命依然是燃料電池急需解決的關鍵問題之一，因而，國內外眾多研究者對燃料電池雙極板、膜、催化劑等關鍵材料進行了大量研究，也取得了顯著的效果。上述關鍵材料的研究中，其性能指標的評價無外乎兩種形式：1.組裝成實際電池進行評價，2.利用離線裝置模擬電池環境進行評價。前者雖能客觀的反映關鍵材料在實際狀態下的性能，但成本高，不可控因素多，實施較困難。后者多采用模擬電池環境，由于方便、快捷、成本低，成為燃料電池界比較公認的方法，并有相關標準供參考。無論是標準中提供的評價方法還是文獻中普遍采用的模擬燃料電池環境中的研究方法，均采用將燃料電池關鍵部件完全浸泡入相應的模擬溶液中進行。燃料電池膜電極厚度約為500微米，雙極板流場深度約400微米，這意味著從膜到任一雙極板的距離一般都不會超過1毫米，即使燃料電池陰陽極反應氣體都完全增濕，膜、雙極板、催化層接觸到液體的厚度也超過1毫米，即膜、雙極板、催化劑等燃料電池的關鍵部件都處于薄液層環境下。采用關鍵部件全浸式模擬溶液測試方法進行評價時溶液厚度遠遠大于1毫米，屬傳統意義上溶液中進行的測試。傳統溶液中發生的反應與薄液層中進行的反應存在很大差別，這將導致二者結果存在較大偏差。現階段雖已有大量針對PEMFC的關鍵部件的研究，但這些研究都是在傳統三電極電解池體系內進行，鮮少有從薄液層到常規溶液中燃料電池關鍵零部件測試裝置及方法的報導。

發明內容

為研究真實工作環境(即薄液層下200微米到1000微米)下燃料電池關鍵零部件(如雙極板、膜電極、催化劑和膜等)性能，本發明設計了一種簡單、易操作、液層厚度可調節的燃料電池關鍵零部件薄液層測量裝置及方法。

一種薄液層溶液控制裝置，所述裝置由工作電極支撐部分、工作電極固定密封部分和用于承裝溶液的玻璃容器構成，

所述工作電極支撐部分由柱狀導電芯部和套裝在其上的絕緣套筒組成，所述絕緣套筒的軸向長度較導電芯部的軸向長度短；所述工作電極支撐部分整體貫穿玻璃容器的底板，所述電極固定密封部分使工作電極支撐部分固定在玻璃容器的底板中央部分。