燃料电池膜电极组件透气性测试解析

技术领域

[0001] 本实用新型所述的质子交换膜燃料电池膜电极组件透气性测试装置，涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极组件透气性测试用的装置。

背景技术

[0002] 膜电极组件是燃料电池发电的核心部件，膜电极与其两侧的双极板组成了燃料电池的基本单元-燃料电池单电池，膜电极的性能和寿命是决定燃料电池系统性能和寿命的关键因素之一。由于膜电极组件两侧分别通入燃料(通常为氢气或含有氢气的重整气)和氧化剂(通常为空气或氧气)，膜电极组件必须具有良好的化学稳定性和机械稳定性，从而能够很好地隔绝燃料和氧化剂。因此，膜电极组件的透气性是一个非常关键的技术指标，如果膜电极组件透气性较大，在使用过程中燃料和氧化剂就会互窜，不仅导致燃料电池性能大幅下降、寿命衰减，还有可能带来严重的安全事故，因此必须严格控制燃料电池膜电极组件的透气性。

[0003] 目前，膜电极组件透气性测试主要采用电化学方法，通过对膜电极组件渗氢电流的测试来表征其透气性，即在膜电极一侧(参比电极)通入氢气，另一侧(工作电极)通入氮气，在工作电极上进行线性电位扫描，得到渗氢电流曲线。此方法可以比较精确地测试面积较小的膜电极组件的透气性，但当膜电极组件面积较大时，不仅渗氢电流值较大，对电化学测试仪器要求较高，同时，内部气体分配、催化剂表面状态、温湿度等会对测试结果有非常显著的影响，导致测试结果偏离真实值。

[0004] 在专利CN102297827A中公开了一种燃料电池膜电极的透气性测试方法，将膜电极组装在试验测试池中，试验测试池的一侧设有气体的进出口通道，而另一侧形成测试通道，在试验测试池的两侧分别通入被测气体和载气，并将其载气侧的气体出口通入到气相色谱中，通过气相色谱测试载气中被测气体的含量，从而计算膜电极的透气率。此方法中，透过膜电极组件的气体被载气带出并进入气相色谱，通过分析渗透气体浓度来计算膜电极组件的透气性。此测试方法可适用于不同面积的膜电极组件，但需要单独的气相色谱作为分析仪器，同时此测试方法与渗氢电流测试方法均无法对膜电极破损位置进行定位，而在很多情况下，膜电极组件透气性大幅上升往往是由于局部破损导致。

[0005] 针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的质子交换膜燃料电池膜电极组件透气性测试装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

[0006] 鉴于上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是研究设计一种新型的质子交换膜燃料电池膜电极组件透气性测试装置。通过本实用新型的装置以及本装置专用的测试方法，不仅可以测定膜电极组件的透气性数值，对膜电极组件透气性进行评估进而控制产品质量，还可以精确定位膜电极组件发生破损的位置，有助于分析膜电极组件失效原因。本测试方法不需要电化学分析仪器、气相色谱等昂贵仪器，简单易行，精确可靠。[0007] 本实用新型的技术解决方案是这样实现的:

[0008] 本实用新型所述的质子交换膜燃料电池膜电极组件透气性测试装置；其特征在于是由上夹具、密封圈、下夹具及组装螺栓所组成，由下至上按照下夹具、密封圈、膜电极组件、密封圈及上夹具的顺序通过组装螺栓固定装好；下夹具上加工有下夹具进气接口及下夹具排气接口 ；上夹具上加工有上夹具排气接口及上夹具进水接口。

[0009] 本实用新型所述的上夹具为平板结构，采用透明有机玻璃制成；在上夹具下部加工有放置密封圈的密封圈凹槽，在密封圈凹槽中部的上夹具上加工有平行沟槽，平行沟槽的深度为3-5mm ;平行沟槽与上夹具排气接口及上夹具进水接口相连通。

[0010] 本实用新型所述的下夹具为平板结构，采用透明有机玻璃制成；在下夹具上部加工有放置密封圈的密封圈凹槽，在密封圈凹槽中部的下夹具上加工有平行沟槽，平行沟槽的深度为1-5_ ;平行沟槽与下夹具进气接口及下夹具排气接口相连通。

[0011] 本实用新型测试时:

[0012] 1、将被测膜电极组件夹在上夹具和下夹具之间，按照上夹具、密封圈、膜电极组件、密封圈、下夹具的顺序进行组装，并用组装螺杆固定；

[0013] 2、通过上夹具进水接口进行注水，并打开上夹具排气接口用于注水过程中排气，待上夹具与膜电极形成的空间内全部充满水后停止注水并采用截止阀、堵头等将上夹具进水接口封闭；

[0014] 3、打开下夹具排气接口，通过下夹具进气接口通入被测气体，被测气体通常为氢气、氮气、空气等，待被测气体充满下夹具与膜电极组件形成的空间后，关闭下夹具排气接口，被测气体压力为0.05?0.2MPa并保持恒定；

[0015] 4、上夹具排气接口连接皂泡流量计、浮子流量计等，对透过膜电极组件的气体流量进行测试，从而得到膜电极组件的透气性数值；

[0016] 5、上夹具为透明材质，且在上夹具和膜电极组件的空间中充满水，膜电极组件如果有破损，在该位置会出现气泡并可见，进而可明确膜电极组件发生破损的具体位置。

[0017] 本实用新型的优点是显而易见的，主要表现在:

[0018] 本实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池膜电极组件透气性测试装置，不仅可以测定膜电极组件的透气性数值，对膜电极组件透气性进行评估进而控制产品质量，还可以精确定位膜电极组件发生破损的位置。相比已有技术，本方法不需要电化学分析仪器、气相色谱等昂贵仪器就可以精确测定膜电极组件的透气性数值，测试夹具加工容易且价格低廉，但测试效率高，可比较方便地用于产品质量控制。此外，本装置还可以同时精确定位膜电极组件发生破损的位置，有助于分析膜电极组件失效原因。

[0019]本实用新型具有结构新颖、结构简单、价格低廉、使用方便、测试准确等优点，其在燃料电池膜电极组件生产过程中的应用将可以有效控制膜电极产品质量，必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

[0020] 本实用新型共有I幅附图，其中:

[0021] 附图1本实用新型结构示意图。

[0022] 在图中:1、上夹具2、密封圈3、膜电极组件4、平行沟槽5、密封圈凹槽6、下夹具7、下夹具进气接口 8、下夹具排气接口 9、上夹具排气接口 10、上夹具进水接口 11、组装螺栓。

具体实施方式

[0023] 本实用新型的具体实施例如附图所示，其结构是由上夹具1、密封圈2、下夹具6及组装螺栓11所组成，由下至上按照下夹具6、密封圈2、膜电极组件3、密封圈2及上夹具I的顺序通过组装螺栓11固定装好；下夹具6上加工有下夹具进气接口 7及下夹具排气接口8 ;上夹具I上加工有上夹具排气接口 9及上夹具进水接口 10。

[0024] 上夹具I为平板结构，采用透明有机玻璃制成；在上夹具I下部加工有放置密封圈2的密封圈凹槽5，在密封圈凹槽5中部的上夹具I上加工有平行沟槽4，平行沟槽4的深度为4mm ;平行沟槽4与上夹具排气接口 9及上夹具进水接口 10相连通。

[0025] 下夹具6为平板结构，采用透明有机玻璃制成；在下夹具6上部加工有放置密封圈

2的密封圈凹槽5，在密封圈凹槽5中部的下夹具6上加工有平行沟槽4，平行沟槽4的深度为3_ ;平行沟槽4与下夹具进气接口 7及下夹具排气接口 8相连通。

[0026] 以上所述，仅为本实用新型的较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其本实用新型的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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