[發(fā)明專利]一種燃料電池催化層樹脂含量的在線測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010970485.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112083041B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞紅梅;孫昕野;高學(xué)強(qiáng);邵志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01R31/385
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 張玉瑩;李馨

一種用于燃料電池催化層中樹脂含量的測試方法，包括(1)標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備：制備三個以上設(shè)定催化層樹脂含量的膜電極；(2)標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：測定標(biāo)準(zhǔn)樣品的門檻點，通過理論公式計算電池的容水量，以所計算的電池容水量為y坐標(biāo)，催化層樹脂含量為x坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；(3)催化層中樹脂含量的測試：采用與標(biāo)準(zhǔn)樣品同樣的測試方法，測定燃料電池門檻點，并計算電池的容水量；(4)催化層中樹脂含量的計算：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線建立陰極或陽極催化層中樹脂含量的計算公式，將所測試樣品的y值代入公式即可計算出相應(yīng)的陰極或陽極催化層中的樹脂含量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，測試方法簡單可靠，對燃料電池各組件無損傷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種在線表征燃料電池催化層內(nèi)樹脂含量的方法。

背景技術(shù)

近年來，燃料電池因具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換率高、低溫快速啟動等諸多優(yōu)點，在交通運(yùn)輸、便攜式電源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，具有十分廣闊的發(fā)展前景。膜電極(MEA)作為燃料電池的核心部件，其性能、耐久性及批量制備工藝的穩(wěn)定性是決定燃料電池能否大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

膜電極主要包含質(zhì)子交換膜、催化層及氣體擴(kuò)散層。其中，催化層作為電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生地，是決定膜電極性能優(yōu)劣的關(guān)鍵組件。通常情況下，催化層由電催化劑及一定含量的樹脂溶液組成。除催化劑的本征活性與含量外，催化層內(nèi)樹脂的含量也是決定膜電極性能的主要因素。催化層內(nèi)的樹脂含量通常由樹脂(Ionomer)與催化劑中碳載體(Carbon)的質(zhì)量比，即I/C，進(jìn)行表征。由于樹脂具有傳導(dǎo)質(zhì)子的能力，因此在催化層中添加一定量的樹脂溶液可以提高催化層的質(zhì)子傳導(dǎo)率，從而提高膜電極性能。然而，分布在催化劑表面的樹脂溶液對氧氣的擴(kuò)散具有阻礙作用，因此，催化層內(nèi)過高的樹脂含量將使得催化層內(nèi)傳質(zhì)阻力增加，從而使膜電極性能下降。綜上所述，催化層內(nèi)的樹脂含量是決定膜電極性能的關(guān)鍵因素。

然而，由于催化層內(nèi)樹脂含量通常較低，且樹脂本身為有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)，難以通過差重法、元素分析法等常規(guī)方法對其含量進(jìn)行測定。目前，尚未有關(guān)于燃料電池催化層內(nèi)樹脂含量的快速、準(zhǔn)確的在線測試方法。因此，引入新的技術(shù)和研究手段十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對燃料電池技術(shù)中現(xiàn)有的催化層樹脂含量測試技術(shù)的不足，提供了一種燃料電池催化層樹脂含量的在線測試方法。該方法具有無損、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點，采用該方法可以達(dá)到在線檢測催化層樹脂含量的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種燃料電池催化層樹脂含量的在線測試方法，所述方法包括以下步驟：

1)陰極或陽極催化層樹脂含量標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備：

選用與待測膜電極相同的質(zhì)子交換膜、催化劑、樹脂溶液及氣體擴(kuò)散層，制備三個以上設(shè)定催化層樹脂含量的膜電極，所制備膜電極除催化層樹脂含量外，其余材料及參數(shù)均與待測膜電極相同；

2)標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：

測定所述標(biāo)準(zhǔn)樣品的門檻點，通過理論公式計算電池的容水量，以所計算的電池容水量為y坐標(biāo)，催化層樹脂含量為x坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；

3)催化層中樹脂含量的測試：

采用與所述標(biāo)準(zhǔn)樣品同樣的測試方法，測定燃料電池門檻點，并計算電池的容水量；

4)催化層中樹脂含量的計算：

根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)曲線建立陰極或陽極催化層中樹脂含量的計算公式：y＝ax+b；

其中，a為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率，b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距，x為催化層中的樹脂含量，y為電池的容水量；

將步驟3)所測試樣品的y值代入公式即可計算出待測膜電極的陰極或陽極催化層中的樹脂含量。