[發明專利]一種模擬燃料電池氣體擴散層內部水驅的試驗裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202110779306.1
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113644298B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 劉帥;張禮斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種模擬燃料電池氣體擴散層內部水驅的試驗裝置及控制方法，包括控制器、注射泵、非潤濕液體、管路、壓力傳感器、透明燃料電池室、加熱墊片和溫度傳感器；所述的透明燃料電池室內包含液體進口、催化層、微孔層、氣體擴散層、孔隙填充液和液體突破層?？刂破骺刂谱⑸浔谜{節非潤濕液體注射速度，真實模擬燃料電池不同工況下的氣體擴散層內部水驅現象。本發明對于考察質子交換膜燃料電池氣體擴散層內部的水驅現象，分析影響氣體擴散層中指數和液態水分支等物理行為的關鍵因素，研究氣體擴散層內部毛細指進機制，具有重要的指導意義。

技術領域

本發明涉及燃料電池水管理技術領域，特別涉及一種模擬燃料電池氣體擴散層內部水驅的試驗裝置及控制方法。

背景技術

近幾十年，以煤炭、石油為主的傳統能源被大量使用，造成嚴重的環境污染和自然資源的日益枯竭。因此我們急切渴望一種高效節能，具有低污染、低排放的清潔新能源。隨著現代技術的日益成熟，人們把研究重心和精力投入到對燃料電池的研究，燃料電池作為一種能量轉換裝置具有很高的轉換效率，被譽為未來理想的電能來源。質子交換膜燃料電池是燃料電池中最常見、應用最多的類型，以工作溫度低、功率密度高、啟動快、動態響應快等優點，近年來備受關注。

燃料電池在工作過程中的主要產物是水，水的存在是保持膜水合和離子導電性的必要條件。然而，質子交換膜燃料電池中組件催化層、氣體擴散層和氣體通道中過量的液態水導致電池內存“水淹”現象。水淹是電池陰極側產生液態水而沒有適當排出的結果，影響反應物在燃料電池內流動，降低電池性能。

由于氣體擴散層所用的材料的不透明性質以及氣體擴散層內部液體水運輸的微觀尺度，對氣體擴散層中液態水動力學行為的詳細分析是不可行的。因此，設計一種模擬燃料電池氣體擴散層內部水驅的實驗裝置，采用宏觀尺度上的透明多孔層來考察燃料電池氣體擴散層內部的水驅現象，分析影響氣體擴散層中指數和液態水分支等物理行為的關鍵因素，研究氣體擴散層內部毛細指進機制，具有重要的指導意義。

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了一種模擬燃料電池氣體擴散層內部水驅的試驗裝置及控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種模擬燃料電池氣體擴散層內部水驅的試驗裝置，包括透明燃料電池室、非潤濕液體注入單元、信息采集單元和控制器；在透明燃料電池室內部自下往上設為催化層、微孔層、氣體擴散層和液體突破層；將玻璃纖維布作為催化層，在玻璃纖維布上表面澆注尺寸均勻的玻璃珠，形成微孔層；在微孔層的上部填充水凝膠珠形成氣體擴散層；將珍珠或玻璃球填充在氣體擴散層的頂部作為液體突破層；且透明燃料電池室內用蒸餾水作為孔隙填充液；

信息采集單元包括壓力傳感器和溫度傳感器，信息采集單元信號連接控制器，將采集試驗過程中的壓力信息和溫度信息輸入控制器；

非潤濕液體注入單元包括輸入管路及非潤濕液體，通過輸入管路連接透明燃料電池室，將非潤濕液體注入透明燃料電池室內。

進一步，輸入管路包括管路和注射泵，管路的一端連接透明燃料電池室的液體進口，另一端連接注射泵，在注射泵內儲存有非潤濕液體，注射泵電信號連接控制器，由控制器控制注射泵的工作啟停，進而實現對透明燃料電池室內注入非潤濕液體的啟停。

進一步，在管路和液體進口處設置第一壓力傳感器，用于采集注射泵出口和液體進口兩端的壓差參數。在液體進口、液體突破層處設置第二壓力傳感器，用于采集液體進口和液體突破層兩端的壓差參數。

進一步，在透明燃料電池室內設置加熱墊片，用于對透明燃料電池室內部進行加熱模擬工作時的溫度；在透明燃料電池室內部設置溫度傳感器，利用溫度傳感器采集透明燃料電池室內的溫度。

進一步，采用大豆油和四氯化碳的染色混合物作為非潤濕液體。