[發明專利]一種模擬PEMFC層間氣體壓力變化關系裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202011465472.6
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112630091B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 陳會翠;褚樂彬;單萬超
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種模擬PEMFC層間氣體壓力變化關系裝置，該裝置包括氣瓶、通過管路與氣瓶連接的模擬組件、氣體壓力檢測組件和氣體流量檢測組件，所述的模擬組件包括通過螺栓相互扣合的左夾具和右夾具，并由此形成實驗腔室，實驗樣品通過左右兩片夾板固定后將實驗腔室分為左右兩個相互獨立的腔室，左腔室與氣瓶連接，右腔室與氣體流量檢測組件連接，左腔室和右腔室分別與氣體壓力檢測組件連接。與現有技術相比，本發明具有等效檢測、氣密性好、適應于不同面積樣本、操作簡單有效等優點。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，尤其是涉及一種模擬PEMFC層間氣體壓力變化關系裝置。

背景技術

燃料電池是一種將儲存在燃料及氧化劑中的化學能通過催化劑的作用直接轉化成電能的發電裝置，質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)作為氫氧燃料電池中最重要的一種，其能量轉換效率高(40％-60％)，對環境無污染，工作壽命長，低溫快速啟動，系統可靠性強，特別適用于汽車和便攜式電子設備，具有廣闊的發展前景。

氣體擴散層是PEMFC中重要組成部分，大多是以碳紙或碳布為材料的多孔介質，其厚度約為100μm-400μm，它具有支撐催化層、傳輸氣體、收集電流以及將反應生成的水從電池內部排除的作用，因此理想的氣體擴散層必須同時具有良好的透氣性，良好的導電性和良好的排水性，其性能是影響電極傳質能力、限制電池性能提升的關鍵之一。

在燃料電池工作時，是由其催化層內部而非燃料電池入口處的反應物和生成物濃度決定了燃料電池的性能，在催化層內反應物的耗盡(或生成物的聚積)對性能有極為不利的影響，被稱為燃料電池的質量傳輸損耗。初始狀態下，燃料電池內任意一點的反應物和生成物濃度都相同，但一旦電池開始產生電流，電化學反應將導致催化層內反應物的消耗，反應物開始從氣體擴散層向催化層擴散。

PEMFC層間氣體反應物濃度影響著其反應速率和氣體傳輸。但反應物濃度難以直接測量，根據氣態方程PV＝nRT，在溫度與容器體積不變的情況下，反應物濃度與壓力成正比。因此選擇測量層間氣體壓力，研究PEMFC層間壓力變化關系，進而推導出濃度變化的影響，對于研究PEMFC反應速率、氣體傳輸等具有一定意義。

若通過在燃料電池內部直接布置測壓裝置，并在其工作時測量層間壓力，則會難以保證燃料電池的氣密性，為了得到PEMFC層間壓力變化關系，需要對氣體擴散層和催化層單獨進行實驗研究，而目前還沒有一種能夠模擬PEMFC層間氣體壓力變化關系的裝置。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種模擬PEMFC層間氣體壓力變化關系裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種模擬PEMFC層間氣體壓力變化關系裝置，該裝置包括氣瓶、通過管路與氣瓶連接的模擬組件、氣體壓力檢測組件和氣體流量檢測組件，所述的模擬組件包括通過螺栓相互扣合的左夾具和右夾具，并由此形成實驗腔室，實驗樣品通過左右兩片夾板固定后將實驗腔室分為左右兩個相互獨立的腔室，左腔室與氣瓶連接，右腔室與氣體流量檢測組件連接，左腔室和右腔室分別與氣體壓力檢測組件連接。

在氣瓶與左腔室連接的管路上還設有用以調節氣體溫度和壓力的溫度控制系統和壓力控制系統.

在氣瓶與左腔室連接的管路上還設有用以增加氣體濕度的增濕系統。

在氣瓶與左腔室連接的管路上還設有第一調節閥。

所述的氣體壓力檢測組件包括與左腔室連接的第一壓力傳感器以及與右腔室連接的第二壓力傳感器。

所述的氣體流量檢測組件包括通過管路與右腔室連接的氣體流量計，所述的管路上還設有第二調節閥。

所述的左右兩片夾板均為中間設有開孔的薄金屬板，開孔的面積大小可調節，用以適應不同面積的實驗樣品。