[發明專利]一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備及測試方法

在審

• 申請號: 202110488386.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113109657A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王天喜;劉亞偉
• 申請（專利權）人: 上海億氫科技有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/385
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發明涉及一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備及測試方法，該設備包括工裝夾具、控制電路和人機交互部分，工裝夾具包括上電極、下電極、氣缸、導桿、電磁閥，氣缸與電磁閥相連接；控制電路包括控制信號輸出電路、恒電位輸出電路、電子負載、模擬信號采集電路、開關信號采集電路、通訊電路以及控制芯片，控制信號輸出電路連接電磁閥，恒電位輸出電路用于輸出恒定電壓信號并測量電流，電子負載用于在膜電極反應時快速改變負載電流并實時測量電壓，模擬信號采集電路用于采集上電極和下電極傳感器的參數；人機交互部分包括控制開關和顯示設備；本發明同時具有極化曲線測試和電化學性能曲線測試功能，能夠進行兩種性能測試，大大加快了測試效率。

[技術領域]

本發明屬于氫燃料電池領域，具體地說是一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備及測試方法。

[背景技術]

膜電極組件(MEA)是燃料電池電化學反應的組件，是燃料電池的核心部件。膜電極兩側通入空氣和氫氣，在合適的溫濕度情況下，會產生電流和電壓。電壓隨電流的變化曲線稱為極化曲線，它是衡量膜電極性能的一個重要參數。目前，主流的測試方法是通過燃料電池測試臺，測試臺測試的參數比較全面，準確度高，但是仍有如下幾個缺點：(1)測試時間比較長，整個流程測試完成根據功率不同需要1-5個小時；(2)只能測試整個膜電極，不能分析膜電極性能的分布情況；(3)靈活性低；(4)成本高，體積大；(5)不能測試電化學性能，必須用另外一臺電化學工作站來測試。由于以上缺點，在研發過程中，經常會更改配方，需要迅速測試驗證，如果測試時間較長，則不利于迅速迭代升級。

[發明內容]

本發明的目的就是要解決上述的不足而提供一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備，該設備同時具有極化曲線測試和電化學性能曲線測試功能，能夠直接對膜電極進行兩種性能測試，大大加快了測試效率。

為實現上述目的設計一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備，包括工裝夾具、控制電路和人機交互部分，其中，所述工裝夾具包括上電極、下電極、氣缸、導桿、電磁閥，所述氣缸與電磁閥相連接，所述氣缸的活塞端連接導桿，所述導桿另一端安裝有上電極，所述氣缸通過導桿拉動上電極抬起或壓下，所述下電極設于上電極下方，所述上電極與下電極之間夾設有待測試的膜電極，所述上電極和下電極內部均設置有氣體流道和水流道，所述氣體流道用于通入空氣或者氫氣從而為膜電極反應提供反應氣體，所述水流道用于控溫從而使膜電極保持特定的溫度條件；所述控制電路包括控制信號輸出電路、恒電位輸出電路、電子負載、模擬信號采集電路、開關信號采集電路、通訊電路以及控制芯片，所述控制信號輸出電路的輸出端連接電磁閥，并通過控制電磁閥開閉進而控制氣缸抬起或壓下，所述控制信號輸出電路、恒電位輸出電路、電子負載、模擬信號采集電路、開關信號采集電路、通訊電路分別電連接控制芯片，所述恒電位輸出電路用于輸出恒定電壓信號并測量電流，所述電子負載用于在膜電極反應時快速改變負載電流并實時測量電壓，所述模擬信號采集電路用于采集上電極和下電極傳感器的參數；所述人機交互部分包括控制開關和顯示設備，所述控制開關連接開關信號采集電路，所述開關信號采集電路用于采集控制開關的狀態，所述顯示設備用于顯示數據和當前的工作狀態，所述顯示設備連接通訊電路，所述通訊電路用于控制芯片與顯示設備的數據交換。

進一步地，所述氣缸、下電極均固定在此多功能設備的臺架上，臺架為可移動式，所述上電極和下電極中氣體流道和水流道的另一端均連接至燃料電池測試臺，且氣體流道和水流道中的氣體和水均由燃料電池測試臺提供。

進一步地，所述傳感器為溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器中的一種或幾種。

進一步地，所述顯示設備為顯示屏或者電腦。