專利名稱：通過紅外熱成像法測試燃料電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及光學(xué)紅外熱成像法，并且其用在燃料電池性能的監(jiān)控、測量和描述。
背景技術(shù)：
光學(xué)高溫計(jì)已經(jīng)有效地用于測量各種材料特別是遇熱發(fā)光材料的表面溫度，并且用在評價(jià)催化活性、單體或者其他反應(yīng)物的反應(yīng)性、反應(yīng)的速率或者薄膜樣品的反應(yīng)條件方面。典型地評價(jià)薄膜樣品并且記錄樣品的溫度。較高的峰值溫度，例如已經(jīng)用于篩選各種催化劑，假定在給定的一系列條件下顯示較高峰值溫度的那些樣品具有較高的催化活性。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的電化學(xué)電池包括質(zhì)子交換膜燃料電池、傳感器、電解劑和電化學(xué)反應(yīng)器。典型地，這種電池的中央部件是膜電極組件，包括由離子傳導(dǎo)膜(ICM，對于質(zhì)子交換膜來說也稱作PEM)隔開的兩個(gè)催化電極，通常稱為膜電極組件(MEA)。在燃料電池中，MEA夾在兩個(gè)多孔的導(dǎo)電支撐層之間而形成5層組件。當(dāng)3層MEA包括中央聚合物膜時(shí)，該燃料電池通常稱為聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)。在典型的低溫燃料電池中，氫氣在陽極被氧化以及氧氣(通常為空氣)在陰極被還原(陽極) (陰極)H2氣體--->2e-+2H+2H+(通過電解質(zhì))--->2H++2e-+1/2O2--->H2O
2e-(通過電路)--->
PEMFC被看作是用于例如電動(dòng)車的潛在能源，因?yàn)镻EMFC已經(jīng)顯示出了高能量轉(zhuǎn)換效率、高能量密度和可忽略不計(jì)的污染。在交通工具例如汽車中，一種便利的氫氣源可以是甲醇的蒸氣重整，因?yàn)榧状急葰錃饪梢愿菀椎卮鎯?chǔ)在交通工具中。
然而，現(xiàn)有燃料電池的高成本和性能問題已經(jīng)約束了普及的商業(yè)適用性。在新材料的研發(fā)和構(gòu)造方面不斷地付出相當(dāng)多的努力，但是在運(yùn)行條件下新燃料電池及其部件的測試是個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種燃料電池，包括膜電極組件和用于對膜電極組件的表面進(jìn)行熱敏成像分析的IR透射窗口。本發(fā)明還提供一種監(jiān)控燃料電池，并且通過IR檢測器陣列捕獲所述燃料電池的熱敏成像圖的方法，同時(shí)測量電池的電化學(xué)輸出，包括電流、電壓和半電池電勢。
本發(fā)明通過提供一種具有IR透射窗口的測試燃料電池，由此可以在運(yùn)行條件下，即在消耗反應(yīng)物和產(chǎn)生電流的情況下測試構(gòu)成材料(包括催化劑和膜)和部件的尺寸，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的難題。本發(fā)明通過在獲得膜電極組件表面的熱敏成像圖的同時(shí)測量電輸出即電壓和/或電流，可以評價(jià)燃料電池。
用在此處時(shí)，溫譜圖和熱敏成像圖是指在燃料電池MEA的一個(gè)或者多個(gè)表面上的多個(gè)點(diǎn)上燃料電池的溫度曲線圖，即膜電極組件的表面“溫度圖”。熱敏成像圖與單點(diǎn)光學(xué)高溫計(jì)獲得的結(jié)果不同，單點(diǎn)光學(xué)高溫計(jì)測量單個(gè)點(diǎn)的溫度，或者表面的平均溫度。
每個(gè)熱敏成像圖都可以及時(shí)地在單個(gè)點(diǎn)上捕獲，或者作為時(shí)間的函數(shù)捕獲。當(dāng)作為時(shí)間的函數(shù)捕獲時(shí)，可以對MEA表面上的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析，然后隨著時(shí)間比較結(jié)果?？梢栽谔囟ǖ臅r(shí)問內(nèi)比較各個(gè)點(diǎn)以確定MEA上不同點(diǎn)上的電化學(xué)反應(yīng)是如何變化的。
通過對比相關(guān)的熱敏成像圖，同時(shí)測量(可選地)電流和/或電壓，本發(fā)明的燃料電池和方法可以用于使材料、部件、部件的尺寸和構(gòu)造、燃料、氧化劑及其數(shù)量、氣流的均勻性最優(yōu)化。熱敏成像圖還可以用于確定由制造過程產(chǎn)生的缺陷，例如MEA中的針孔或者不均勻的催化劑層。


圖1是本發(fā)明燃料電池的分解圖。
圖2是本發(fā)明方法中使用的燃料電池的示意圖。
圖3和圖4是實(shí)施例1的熱敏成像圖的數(shù)字圖像。
圖5是實(shí)施例2的熱敏成像圖的數(shù)字圖像。
圖6是實(shí)施例3的熱敏成像圖的數(shù)字圖像。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種燃料電池，包括膜電極組件和用于對膜電極組件的表面進(jìn)行熱敏成像分析的IR透射窗口。在一個(gè)實(shí)施方案中燃料電池MEA可以是“五層膜電極組件”，包括a)第一集電層；b)膜電極組件；以及c)第二集電層；其中IR透射窗口與所述第一集電層相鄰設(shè)置。
在本發(fā)明的實(shí)踐中可以使用任何合適的離子傳導(dǎo)膜(ICM)。可用于本發(fā)明的聚合物電解質(zhì)典型地優(yōu)選是四氟乙烯和一種或者多種氟化的、酸功能團(tuán)共聚單體的共聚物。典型地聚合物電解質(zhì)具有磺化官能團(tuán)。ICM的厚度典型地小于50μm，更典型地小于40μm，更典型地小于30μm，并且最典型地約25μm。ICM典型地包括聚合物電解質(zhì)，即酸官能團(tuán)含氟聚合物，例如NAFIONTM(DuPont Chemicals，Wilmington DE)和FlemionTM(Asahi Glass Co.Ltd.，Tikyo，Japan)。最典型地聚合物電解質(zhì)為NafionTM。聚合物典型地具有1200或者更小的酸當(dāng)量(EW)，更典型地為1100或者更小，更典型地為1050或者更小，并且最典型地為約1000或者更小。
一種可用的膜包括含有成鍵陰離子官能團(tuán)以及錳或者釕陽離子的聚合物，如U.S.S.N.10/945,178中描述的，在此結(jié)合作為參考。另一種可用的膜包括高氟化(典型地全氟化)聚合物電解質(zhì)和至少一種氧化錳，其中氧化錳在聚合物電解質(zhì)膜的厚度中的分布是均勻的，例如U.S.S.N.10/944,998中描述的，在此結(jié)合作為參考。另一種可用的膜包括含有高氟主鏈和至少一個(gè)側(cè)基的聚合物，其中該至少一個(gè)側(cè)基包括-O-CF2-CF2-CF2-CF2-SO3H形式的側(cè)基，例如在U.S.2004/0121210中描述的，在此結(jié)合作為參考。
燃料電池的IR熱敏成像分析可以用于篩選用于ICM的各種材料、及其厚度和尺寸。例如，可以比較具有不同ICM材料或者尺寸的燃料電池的溫譜圖。由制造過程產(chǎn)生的缺陷可以通過燃料和氧化劑結(jié)合產(chǎn)生的熱敏成像圖中出現(xiàn)的“熱點(diǎn)”辨認(rèn)出來。
在本發(fā)明的實(shí)踐中可以使用任何合適的催化劑，包括(用于陽極)Pt、Ru、Hf、Mo、Sn及其與其它貴金屬和賤金屬的合金和混合物以及其氫氧化合物，以及Pt、其它貴金屬和過渡金屬及其合金和混合物、包含納米顆粒的金屬以及賤金屬催化劑?？梢詤⒖糢.S.2002/0004453、U.S.6,040,077和U.S.5,879,827。
典型地，使用碳載催化劑顆粒。典型的碳載催化劑顆粒是50-90重量％的碳和10-50重量％，催化劑金屬典型地對于陰極來說Pt，以及對于陽極來說包括重量比為2∶1的Pt和Ru。常規(guī)催化劑合金顆粒典型地由濕化學(xué)法或者冶金法制備并且擔(dān)載在常規(guī)碳載顆粒上。常規(guī)顆粒具有由合金化學(xué)計(jì)量表示的均勻組成，具有表示由常規(guī)方法生產(chǎn)的顆粒的晶體生長特性的一般球形形態(tài)，并且在較大擔(dān)載顆粒的表面上隨機(jī)分布。催化劑顆粒還可以在沒有載體的情況下“孤立”使用。報(bào)道過這種顆粒在2到25nm尺寸范圍內(nèi)，并且它們的直徑隨著每個(gè)擔(dān)載顆粒上催化劑數(shù)量的增加而增加。
在某些實(shí)施方案中，燃料電池MEA可以以涂覆的Pt精細(xì)顆?；蛘咛驾dPt催化劑分散液的形式使用催化電極構(gòu)成。這些常規(guī)催化劑以包含電解質(zhì)的墨水或者漿料形式涂覆到ICM或者與膜相鄰設(shè)置的支撐層上。用于氫氣燃料聚合物電解質(zhì)膜的主要催化劑形式是通過濕化學(xué)法例如氫氯鉑酸的還原涂覆在較大碳顆粒上的Pt或者Pt合金。這種常規(guī)形式的催化劑與離聚物粘結(jié)劑、溶劑、常常還有聚四氟乙烯(PTFE)顆粒一起分散形成涂覆到膜或者電極支撐材料上的墨水、漿料或者分散液。除了機(jī)械支撐體，本領(lǐng)域通常認(rèn)為碳載顆粒提供了電極層內(nèi)必需的導(dǎo)電性。
典型地，催化劑以催化劑墨水的形式涂覆到ICM或者集電體上。催化劑墨水典型地包括聚合物電解質(zhì)材料，該聚合物電解質(zhì)材料可以是或者可以不是包括ICM的相同聚合物電解質(zhì)材料。聚合物電解質(zhì)材料典型地是酸官能含氟聚合物，例如NafionTM和FlemionTM。可用于本發(fā)明中使用的墨水中的聚合物電解質(zhì)典型地優(yōu)選為四氟乙烯和一種或者多種氟化的、酸功能團(tuán)共聚單體的共聚物。典型地，聚合物電解質(zhì)具有磺化官能團(tuán)。最典型地聚合物電解質(zhì)為NafionTM。聚合物電解質(zhì)典型地具有1200或者更小的當(dāng)量(EW)，更典型地為1100或者更小，更典型地為1050或者更小，并且最典型地為約700。催化劑墨水典型地包括催化劑顆粒在聚合物電解質(zhì)分散液中的分散體。典型地墨水包含5-30％的固體(即，聚合物和催化劑)，并且更典型地包含10-20％的固體。電解質(zhì)分散液典型地為水分散液，其還可以包含醇和多元醇例如丙三醇和乙二醇?？梢哉{(diào)整水、醇和多元醇含量來改變墨水的流變學(xué)性質(zhì)。墨水典型地包含0-50％的醇和0-20％的多元醇。此外，墨水可以包含0-2％的適當(dāng)分散劑。典型地通過加熱攪拌后稀釋以使該墨水產(chǎn)生可涂覆一致性。
催化劑可以通過任何合適的方式施加到ICM或者集電體上，包括手工方法和機(jī)器方法，包括手刷、帶缺口棒涂覆、液壓軸承模具涂覆、線繞桿涂覆、液壓軸承涂覆、槽饋刮刀涂覆、三輥涂覆或者貼花轉(zhuǎn)印。涂覆可以一次實(shí)施或者多次實(shí)施完成。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑金屬鹽可以在固體聚合物電解質(zhì)的有機(jī)溶液中還原，形成催化劑金屬顆粒在電解質(zhì)中的分布，而沒有載體顆粒，然后澆注到電極支撐層上形成催化劑電極。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，Pt精細(xì)顆粒直接與溶劑和聚合物電解質(zhì)的溶液混合，然后涂覆在電極支撐層上。然而，因?yàn)槭艿骄?xì)顆粒可以制成多小并且分散體多穩(wěn)定的限制，這種方法導(dǎo)致非常高以及因此非常昂貴的催化劑加載。
可以使用各種其他結(jié)構(gòu)和方法涂覆或者別的方式使催化劑與電解質(zhì)接觸形成電極。這些MEA可以包括(a)設(shè)置在ICM表面上的多孔金屬膜或者金屬顆?；蛱驾d催化劑粉末的平面分布；(b)設(shè)置在ICM上后者埋置在ICM中的金屬網(wǎng)格或者網(wǎng)絲；或者(c)埋置在ICM表面上的催化活性納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合部件。
可替換地，涂覆催化劑的膜(CCM)可以正如US專利No.5,338,430(nanostructured electrodes embedded in solid polymer electrolyte)或者US專利No.5,879,828(MEA’s having electrode layers comprisingnanostructured elements)中公開的使用納米結(jié)構(gòu)催化劑來制備。
在特別有用的實(shí)施方案中，可以改變合成物中測試催化劑樣本。在該實(shí)施方案中，從平的催化劑表面的一個(gè)區(qū)域到另一區(qū)域合成物可以不同。例如，二維催化劑表面在樣本的一個(gè)邊緣上可以包括100％的催化劑X和0％的催化劑Y，在樣本的另一個(gè)邊緣上可以包括0％的催化劑X和100％的催化劑Y，兩種催化劑在沿著這兩個(gè)邊緣之間的軸之間具有梯度濃度。如果需要，第三種催化劑組分Z可以沿著正交座標(biāo)軸在0％到預(yù)定值之間變化。因此可以捕獲熱敏成像和因此在X、Y和Z的整個(gè)濃度范圍，并且確定催化劑的性能。
除了樣本隨著樣本上催化劑的濃度而改變之外，樣本還可以隨著催化劑層的厚度以及使用的載體類型而改變。具有梯度組分的樣本可以通過使用J.R.Dahn et al.，Chemistry of Materials，14，3519(2002)中描述的技術(shù)而制備。
在發(fā)明的實(shí)踐中可以使用任何合適的集電體(也稱為流體傳輸層或FTL)。選擇集電體使得1)與電極最大化地接觸由此使因電極中電流的較長橫向路徑而引起的電阻最小化，2)降低與支撐板接觸的電阻，3)將熱從MEA轉(zhuǎn)移到支撐板上，4)用最小的壓降使反應(yīng)物(燃料和氧化劑)流動(dòng)并且使反應(yīng)物在MEA的表面上均勻分布，5)可以容易地除去反應(yīng)產(chǎn)物，例如水，6)在半電池的反應(yīng)條件下電化學(xué)穩(wěn)定以及7)可以通過IR可透射窗口直接或者間接地觀察MEA的熱發(fā)射。
金屬網(wǎng)絲用于集電體在本領(lǐng)域是已知的(參見US 6,207,7310(Wilson et al.)和US 5482792(Faita et al.)，在此結(jié)合作為參考)。已經(jīng)有利地使用金和鉑絲篩網(wǎng)，因?yàn)檫@些金屬在MEA的陽極和陰極側(cè)上是穩(wěn)定的。此外，也可以使用其他網(wǎng)絲材料上的金屬涂覆，例如鎢上的金。
還已知集電體包括碳纖維的片材。典型地，這種集電體為選自紡織和無紡碳纖維構(gòu)造的碳纖維構(gòu)造?？梢杂糜诒景l(fā)明實(shí)踐中的碳纖維構(gòu)造可以包括TorayTM碳紙、SpectraCarbTM碳紙、AFNTM無紡碳布、ZoltekTM碳布、AVCARB 1071HCB碳浸漬布(從Ballard MaterialProducts，Inc.等中購買得到)。集電體可以由各種材料涂覆或者浸漬，包括碳顆粒涂層、親水處理、疏水處理例如涂覆聚四氟乙烯(PTFE)。
碳布和碳紙?zhí)峁┝肆己玫膶?dǎo)電性，但是阻擋了IR幅射從MEA穿過IR透射窗口的直接傳輸。然而，盡管缺乏自由光通路，但是也可以有利地使用這種材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以間接地獲得熱敏成像圖，因?yàn)橛蒑EA的IR幅射加熱相鄰的集電體，接著該集電體發(fā)射IR幅射透過窗口到達(dá)IR檢測器陣列。有利地，二者可以包括金屬絲網(wǎng)。
通過放置在MEA和IR透射窗口之間的集電體，提供了使電接觸最大化和使IR透射最大化之間的折衷。IR透射越好，就需要越多的開口網(wǎng)絲(進(jìn)一步間隔開的金屬絲就越稀)，然而這個(gè)自然導(dǎo)致更高的電阻抗和更低的電流。更加導(dǎo)電的材料是有利的，然而也必須是電化學(xué)穩(wěn)定的，因此銅和銀這兩種非常導(dǎo)電的金屬不適于MEA的陰極側(cè)，但是可以用于陽極側(cè)。
放置在MEA和IR透射窗口之間的第一集電層，優(yōu)選具有開口網(wǎng)絲結(jié)構(gòu)，使得來自MEA的IR幅射基本上可以無障礙地透射穿過集電層。第一集電層應(yīng)當(dāng)透射IR幅射的至少20％，優(yōu)選IR幅射的至少40％并且最優(yōu)選IR幅射的至少60％。第二集電體可以具有開口網(wǎng)絲結(jié)構(gòu)或者缺乏自由光通路的封閉結(jié)構(gòu)(例如碳紙)。
可以使用燃料電池來篩選用于集電體的各種材料及其厚度和尺寸。
MEA典型地夾在兩個(gè)剛性板之間，已知為分配板。這種板中的至少一個(gè)具有用于捕獲MEA的熱敏成像圖的IR透射窗口。與集電體一樣，分配板可以是導(dǎo)電的。分配板典型地由碳復(fù)合物、金屬或者電鍍金屬材料制成。分配板分配反應(yīng)物或者產(chǎn)物流體到MEA電極表面或者從MEA電極表面分配，典型地穿過在面向MEA(多個(gè))表面(多個(gè))中形成的一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)流槽。這些槽包括流場。在分配板表面上的槽之間的區(qū)域稱為“凸起區(qū)域”。這些凸起區(qū)域與MEA電接觸并且將電流導(dǎo)入MEA電極以及從MEA電極導(dǎo)出。通常地，具有窗口的分配板沒有這種槽，盡管它們可以加工成IR透射窗口。可以使用US專利申請10/295,292和10/295,518中公開的成套燃料電池組件構(gòu)成燃料電池，其公開的內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。
圖1說明了本發(fā)明的測試燃料電池。測試電池10包括在兩個(gè)主表面上具有催化劑層的膜電極組件(MEA)11。在圖中，主表面中之一可以分別是陽極或者陰極。與MEA11電接觸的是兩個(gè)集電體12和13，每個(gè)集電體都可以具有上述開口或者封閉結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地集電體13是與IR透射窗口14配準(zhǔn)的開口導(dǎo)電網(wǎng)絲結(jié)構(gòu)。集電體13與具有與MEA11配準(zhǔn)的IR透射窗口14的分配板16電接觸。分配板16遠(yuǎn)離集電體13的表面與電接觸18電接觸，用于與電負(fù)載例如穩(wěn)壓器連接。電接觸18描述成大致為矩形，并且具有為了設(shè)置凸緣用于電接觸的更大區(qū)域以及與窗口14配準(zhǔn)的通孔。為電接觸18設(shè)置其他形狀和尺寸，它們提供了與集電體13的電連接以及到達(dá)集電體13的光通路。
集電體12與MEA11的相反表面電接觸并且與分配板15電接觸。分配板15在其中具有與MEA11配準(zhǔn)的槽16，用于均勻地將反應(yīng)物分配到MEA11上。電接觸19與分配板15的外側(cè)表面接觸，用于從作為電極接觸18的相對電極提供電連接。
在燃料電池的最外側(cè)表面是罩板20和21，其設(shè)置有密封或者抗壓裝置，例如貫穿螺栓(未示出)，用于支撐配準(zhǔn)的并且電連接的構(gòu)件。罩板21具有孔，用于提供使IR幅射從MEA11的表面穿過窗口達(dá)到IR檢測器陣列的光通路(直接或者間接)。罩板20和21，特別優(yōu)選罩板21可以設(shè)置有絕緣層(未示出)，用于減少(在周邊)來自板表面的熱交換。罩板20和21還設(shè)置有將反應(yīng)物(多個(gè))導(dǎo)入MEA11表面的反應(yīng)物入口22和23，以及用于除去反應(yīng)物的出口24和25。罩板還設(shè)置了用于可拆卸地連接第一和第二分配板的嚙合裝置，可以替換所述燃料電池的部件。入口22和23以及出口24和24描述在燃料電池的每個(gè)表面的對角上，但是也可以設(shè)計(jì)其他構(gòu)造。罩板可以由任何材料制成，包括金屬例如鋁或者復(fù)合物例如環(huán)氧樹脂復(fù)合物。一種這樣的可用復(fù)合物是玻璃布-環(huán)氧樹脂復(fù)合物(G11，可以從PloymerPlastics Corporation，Mountain View，CA購買到)，歸因于所需的低熱傳導(dǎo)率。
燃料電池通常在多層例如現(xiàn)有技術(shù)中已知的層之間包括密封件和/或墊圈(未示出)。燃料電池可以進(jìn)一步包括熱交換器(未示出)，例如耐熱部件(或者冷卻部件)，用于將燃料電池保持在所需溫度上，典型地保持在高溫。加熱器通常連接在罩板20的暴露表面上，并且也可以連接在罩板21的周邊(圍繞孔的區(qū)域)。
樣本(多個(gè))的熱敏成像圖可以通過IR檢測器陣列捕獲，IR檢測器陣列可以包括紅外線高溫計(jì)陣列(即，兩個(gè)或者更多個(gè)IR高溫計(jì))、紅外線攝像機(jī)，并且優(yōu)選為數(shù)字紅外線攝像機(jī)。圖2說明了本發(fā)明的方法中使用的典型試驗(yàn)方案100。用IR檢測器陣列102捕獲燃料電池10的熱敏成像圖，其解釋為與計(jì)算機(jī)104連接，用于數(shù)據(jù)收集和分析。IR檢測器102優(yōu)選為IR數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，其中每個(gè)像素可以被映射至燃料電池10的MEA表面上的點(diǎn)上，用于多個(gè)點(diǎn)的捕獲。正如所示，IR檢測器102定位成基本上垂直于燃料電池10的MEA表面。雖然示出了單個(gè)檢測器102，但是也可以設(shè)計(jì)朝向燃料電池10的MEA相對表面的多個(gè)檢測器，如其中描述的。還描述了電負(fù)載106，其可以用于提供電信息例如電壓(包括半電池電勢)或者電流。如果需要，系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括燃料電池底座(未示出)，用于使燃料電池10保持在預(yù)定間距上并且朝向檢測器陣列102。
可以捕獲電池10的初始熱敏成像圖，用于從后來得到的熱敏成像圖中減去?？梢允占玫降臄?shù)據(jù)，并且通過計(jì)算機(jī)104繪圖。圖像可以作為時(shí)間的函數(shù)捕獲，從而產(chǎn)生“標(biāo)準(zhǔn)化”視頻，其中可以記錄電化學(xué)反應(yīng)以及構(gòu)造材料中的任何缺陷。可以將這個(gè)樣品與隨構(gòu)件、燃料、氧化劑、壓力或者溫度、周圍環(huán)境或者操作溫度、導(dǎo)入氣體的相對濕度、燃料或者氧化劑中雜質(zhì)的存在等等而改變的其他樣品進(jìn)行比較。
在接近真實(shí)操作條件即在電負(fù)載的條件下獲得熱敏成像圖是特別有用的。通常地，使用外在的加熱器將燃料電池加熱到所需的溫度，將燃料和氧化劑導(dǎo)入到電池中，并且獲得第一熱敏成像圖。然后將電池連接到電負(fù)載上，然后在例如恒流條件下運(yùn)行。得到第二熱敏成像圖，從第二熱敏成像圖中減去第一熱敏成像圖。如果需要可以顛倒成像圖的順序，即在電負(fù)載的條件下對電池進(jìn)行加熱，得到熱敏成像圖，除去負(fù)載，然后得到第二熱敏成像圖。這些技術(shù)可以使某一電池降低因不同材料例如不同催化劑的不同散熱率而引起的差異。該技術(shù)還可以對熱產(chǎn)物(例如，反射)進(jìn)行校正并且/或者識(shí)別可以在測量過程中出現(xiàn)的冷凝區(qū)域。
檢測器應(yīng)當(dāng)具有在大約-20℃到大約250℃的可用溫度范圍，優(yōu)選地在大約20℃到大約200℃。檢測器應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步具有±0.5℃的溫度分辨率，優(yōu)選為±0.1℃，并且最優(yōu)選為±0.02℃?？梢允褂靡粋€(gè)或者多個(gè)檢測器。
高溫計(jì)為非接觸溫度傳感器，其通過從樣本上的斑點(diǎn)接受的熱電磁輻射量測量溫度。該組傳感器除了測量輻射溫度計(jì)之外還包括斑點(diǎn)或者“點(diǎn)”測量裝置，其產(chǎn)生1-D，并且根據(jù)已知的相對運(yùn)動(dòng)，可以產(chǎn)生2-D溫度分布、以及熱成像或者區(qū)域測量溫度計(jì)，其在整個(gè)區(qū)域上測量，得到的圖像可以顯示為所觀察區(qū)域的2-D溫度圖。IR光學(xué)高溫計(jì)對紅外波長是敏感的并且典型地通過IC、電阻溫度檢測器或者熱電偶將輸入波長轉(zhuǎn)換成光學(xué)或者電輸出。在本文中，沒有將紅外光學(xué)高溫計(jì)與基于由白熾引起的可見光發(fā)射來測量非常熱的物體(＞700℃)的溫度的其他光學(xué)高溫計(jì)混淆?？捎玫腎R高溫計(jì)將測量IR中6-14微米之間的紅外輸出并且通常地具有-20到538℃的可用溫度范圍；達(dá)到了使用本發(fā)明方法測量電化學(xué)反應(yīng)放熱性的要求。一個(gè)可用的IR高溫計(jì)是歐米加工業(yè)用IR溫度計(jì)(OS552-V1-6)。
使用的大多數(shù)設(shè)備是單波段溫度計(jì)(它們在單波段中測量部分接收的熱輻射，或者電磁譜中的部分紅外部分)。然而，市場上比率溫度計(jì)的數(shù)量增長得已經(jīng)相當(dāng)大。為了提供精確的表面溫度測量，單波段輻射溫度計(jì)通常與黑體源有關(guān)。
紅外攝像機(jī)可以是線性掃描攝像機(jī)，其中線性陣列傳感器平移過攝像機(jī)的焦平面，從而產(chǎn)生二維圖像，或者它可以包括二維陣列的傳感器。線性陣列可以是120像素或者更多，而二維陣列通常為120像素×120像素、256像素×256像素、240像素×320像素或者有時(shí)更多。
傳感器部件可以是微輻射計(jì)(其中微機(jī)械加工的襯墊上的紅外輻射碰撞改變電路的電阻)、熱電傳感器(其中微機(jī)械加工的襯墊包括熱電偶的熱電極)或者熱釋電傳感器(其中襯墊輻射加熱引起電容變化)。這些種類的熱感器通常對8-14微米的長波長范圍紅外光敏感，雖然熱釋電傳感器可以在非常寬的波長范圍內(nèi)使用，甚至進(jìn)入到IR附近?？商鎿Q的，傳感器部件可以是光電材料例如銻化銦(InSb)、碲化鎘汞(MCT)、硅化鉑(PtSi)、硒化鉛(PbSe)等，這些通常用于檢測3和5微米之間的紅外輻射。砷化鎵(GaAs)也已經(jīng)用于產(chǎn)生對0.9-1.7微米敏感的IR檢測器陣列。第三類傳感器部件是在8-9微米的波長下工作的量子阱紅外光檢測器(QWIP)。應(yīng)當(dāng)注意，熱感器可以在室溫下工作，與光電傳感器和QWIP不同，它們通常冷卻到液氮溫度附近以獲得最佳敏感度。設(shè)計(jì)成對IR附近敏感的一些光度傳感器(例如PbSe)可以在周圍環(huán)境溫度下工作。攝像機(jī)還可以是輻射測量的，其中它們相對于黑體被校準(zhǔn)，因此能夠給出物體的真實(shí)表面溫度(假設(shè)各種參數(shù)例如發(fā)射率、間距等已知)，或者不是輻射測量的。熱敏度隨著傳感器類型和制造廠商而不同，但是通常在20mK左右(InSb，MCT，QWIP)或者更大。熱敏度或者凈等效溫差(NETD)不同原則上，當(dāng)發(fā)射體變得越熱，黑體輻射就以越小的波長發(fā)射，因此對較短波長敏感的攝像機(jī)就普遍地用于較熱的物體。然而，用于任何給定應(yīng)用的最佳攝像機(jī)會(huì)是敏感度、圖像穩(wěn)定性、測量的溫度范圍、所需圖像分辨率(像素?cái)?shù))、幀率以及在相關(guān)波長范圍內(nèi)的預(yù)期材料的發(fā)射率和透明度、以及可靠性和成本的函數(shù)。
應(yīng)當(dāng)理解，熱圖像或者熱敏成像圖沒有顯示樣本的真實(shí)溫度。對于用于測量溫度的非接觸光學(xué)方法來說，用于黑體輻射的普朗克定律規(guī)定“理想”黑體的輻射強(qiáng)度作為溫度和波長的函數(shù)。當(dāng)用本發(fā)明的方法評價(jià)的MEA表面不是理想黑體時(shí)，普朗克定律預(yù)測它們在任何給定的波長和溫度下極少發(fā)出輻射。實(shí)際輻射與預(yù)測的輻射之間的比率是發(fā)射率，并且取決于樣本的波長、溫度和組成以及表面特性。
在很多情況下都不必知道樣本的實(shí)際溫度。觀察到一個(gè)樣本達(dá)到表示較大催化活性的較高溫度(或者樣本的一個(gè)區(qū)域達(dá)到較高的溫度)，或者發(fā)熱比另一個(gè)樣本更均勻就足夠了。因此樣本之間或者樣本中所選區(qū)域或者點(diǎn)之間的溫度經(jīng)驗(yàn)差值可以提供關(guān)于樣本(多個(gè))的必需信息。
如果實(shí)際溫度是所需要的，那么可以通過測量樣本的發(fā)射率來對其估計(jì)，并且將結(jié)果與篩選實(shí)驗(yàn)過程中得到的熱敏成像圖進(jìn)行比較。WO03/087885和US6016190(Glazman)中公開了確定樣本發(fā)射率以及實(shí)際溫度的其他方法，在此結(jié)合作為參考。仔細(xì)校準(zhǔn)會(huì)需要評價(jià)在使用的容器中的發(fā)射率。
典型的商品攝像機(jī)是可以從供應(yīng)商例如FLIR Systems、Electrophysics Corp.，Infrared Solutions，Inc.，、CMC Electronics，、Mikron等購買得到。值得注意的是，不是所有的IR攝像機(jī)都是視頻攝像機(jī)，有些僅僅記錄靜止圖像。輸出信號可以顯示在攝像機(jī)上的屏幕上，保存到存儲(chǔ)器(板上RAM或者輔助存儲(chǔ)器設(shè)備)中，通過FireWireTM、幀捕獲接口提供給個(gè)人計(jì)算機(jī)，或者為了更高的幀頻或者更大的陣列，它能夠通過高速接口傳送至專用計(jì)算機(jī)，例如可以從Dolch ComputerSystens獲得。
由于IR圖像通常輸出為12-或者14-比特?cái)?shù)據(jù)文件，所以許多商品圖像處理包都不可用。因此攝像機(jī)通常帶有它們自己制造商的專有軟件包。標(biāo)準(zhǔn)特征包括由一個(gè)圖像或者一連串圖像減去另一個(gè)圖像從而產(chǎn)生“標(biāo)準(zhǔn)化”視頻，辨別圖像(或者限定的區(qū)域或者行)中最大和最小溫度的能力，通過圖像序列(視頻)追蹤給定像素溫度從而產(chǎn)生時(shí)間/溫度圖的能力，多種假色調(diào)色板以及許多其他功能。因此該軟件允許對所選樣本區(qū)域進(jìn)行映射，并且將數(shù)據(jù)作為時(shí)間的函數(shù)制圖。
IR檢測器陣列通常定位成基本垂直于燃料電池的MEA表面。任選地，如果燃料電池在相反表面上具有IR透射窗口，也可以捕獲相反表面的熱敏成像圖?？梢詫Σ煌贛EA表面的表面上的多個(gè)點(diǎn)監(jiān)控。此外，可以對MEA的相反表面上的一個(gè)或者多個(gè)點(diǎn)監(jiān)控并且捕獲熱敏成像圖。
被監(jiān)控并且導(dǎo)致熱敏成像圖的點(diǎn)的尺寸可以根據(jù)所使用的IR檢測器的分辨率以及檢測器距離樣本(多個(gè))的距離而發(fā)生相當(dāng)大的變化。紅外高溫計(jì)例如典型地具有相對低的分辨率，所以對樣本表面中相對大的表面區(qū)域監(jiān)控，但是典型地少于5毫米?？梢允褂枚鄠€(gè)高溫計(jì)形成用于監(jiān)控樣本上若干點(diǎn)的陣列。然而現(xiàn)代數(shù)字IR攝像機(jī)具有非常高的分辨率，可以監(jiān)控非常小區(qū)域的多個(gè)點(diǎn)，因此數(shù)字IR攝像機(jī)自身構(gòu)成IR檢測器陣列?？梢詫?shù)字IR攝像機(jī)的每個(gè)像素“映射至”樣本點(diǎn)，每個(gè)對應(yīng)于100毫米或者更小的區(qū)域。某些商用數(shù)字IR攝像機(jī)可以具有10微米的分辨率，在所期望的分辨率中具有進(jìn)一步提高。
IR檢測器通常沿著基本垂直于那個(gè)MEA的焦點(diǎn)路徑定位，同時(shí)相對放射源和IR檢測器的相對方位不需要準(zhǔn)確地是90°，優(yōu)選它們定位在±45°，更優(yōu)選在±25°，最優(yōu)選在±10°。如果需要，可以捕獲在某些預(yù)先選擇的初始條件下的初始熱敏成像圖，然后從后來捕獲的熱敏成像圖中“減去”，從而更好地說明了樣本的溫度變化。例如，可以將樣本加熱到第一溫度，捕獲熱敏成像圖，然后從后來聚合過程中捕獲的熱敏成像圖中減去這個(gè)圖像。
IR檢測器陣列通常與樣本(多個(gè))間隔一定距離，使得IR單元，更特別是MEA，基本上填滿視野?？商鎿Q地，檢測器陣列以最小焦點(diǎn)長度到最大分辨率與燃料電池間隔開。如果檢測器陣列要與試驗(yàn)儀器間隔開，可以有利地使用光學(xué)纖維。
普通IR透射材料包括石英、硫化鋅(ZnS)和硒化鋅(ZnSe)、鍺(Ge)、硫化砷(As2S3)、砷化鎵GaAs、砷化鎵銦(InGaAs)，以及許多種更復(fù)雜的材料，例如AMTIR-1TM(從Amorphous Materials，Inc，Garland，TX得到的化學(xué)式為Ge33As12Se55的無定形玻璃)。其他類紅外透射材料包括簡單的鹵化物鹽，NaCl、NaI等；CaF2是最普遍的一種。
不同材料在紅外光譜的不同區(qū)域上透射紅外輻射，因此適用于不同的IR檢測器，因此窗口的透射率和IR檢測器應(yīng)當(dāng)匹配。為了在燃料電池中應(yīng)用，對于窗口材料來說，除了透射率之外的其他參數(shù)也是重要的。
窗口的電化學(xué)穩(wěn)定性是需要的，氧化性或者還原性取決于它是安裝在陰極側(cè)還是陽極側(cè)。水解穩(wěn)定性也是需要的，因?yàn)槿剂想姵蒯尫女a(chǎn)物水，并且MEA典型地包括強(qiáng)酸性氟化磺酸。燃料電池的運(yùn)行條件可以包括在70℃到150℃或者更高的溫度下大于100％的濕度。因此，對于燃料電池陰極窗口來說鍺不會(huì)是令人滿意的材料，因?yàn)樗谶@些條件下氧化性是不穩(wěn)定的，但是它適于陽極。此外，燃料電池典型地夾在一起，因此窗口材料優(yōu)選具有相當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度。特別地，使用金屬濾網(wǎng)用于與窗口相鄰的集電體可以將機(jī)械應(yīng)力施加到窗口上。
光譜的可視區(qū)域中的透明度也是有益的，因?yàn)樗梢灾苯佑^察電池的內(nèi)部和直接實(shí)時(shí)比較可視和紅外線圖像。因?yàn)镮R透射的性能標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)度和電化學(xué)/水解穩(wěn)定性，優(yōu)選石英和蘭寶石。
進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)考慮窗口的熱傳導(dǎo)性。例如，在使用鋁罩板時(shí)，蘭寶石相對高的熱傳導(dǎo)性可以在整個(gè)窗口上產(chǎn)生明顯的溫度梯度，在75℃的溫度下達(dá)到8℃。實(shí)際上，通過數(shù)字背景減成可以在很大程度上除去該溫度梯度的影響，然而通過對于罩板使用鋁之外的低熱傳導(dǎo)率材料來減少這個(gè)梯度，可以獲得更大的結(jié)果再現(xiàn)性和可重復(fù)性。低傳導(dǎo)性材料的示例是玻璃-聚合物復(fù)合物G11，其沒有盡快地將熱傳遞給窗口，結(jié)果在可比較的條件下僅有5℃的溫度差值。絕緣或者積極地加熱鋁罩板可以降低熱效應(yīng)。值得注意的是，ZnSe的熱傳導(dǎo)率和擴(kuò)散率與蘭寶石的接近，因此認(rèn)為表現(xiàn)相似。然而石英是低傳導(dǎo)性的并且觀察到導(dǎo)致降低的梯度。
下表中使出了一些可用的材料及其性質(zhì)。通過紅外光譜對石英和蘭寶石測量IR透射率。從這些材料的供應(yīng)商中獲得所有其他數(shù)據(jù)。

在捕獲熱敏成像圖的同時(shí)，可以使用其他分析技術(shù)對反應(yīng)物、產(chǎn)物、樣本的動(dòng)力學(xué)或者機(jī)械特性定性。例如，可以改變反應(yīng)物流速、壓力和分壓、濕度水平和電池溫度。此外，為了測試催化劑的某一部分或者段，導(dǎo)入包含催化劑毒物的氣體或者流體。
通過同時(shí)在給定測試條件(負(fù)載、反應(yīng)物流速、壓力、分壓/反應(yīng)物的活性、溫度、濕度等)下測量電壓和電流來檢查電池的性能。為了更適當(dāng)?shù)貜?qiáng)調(diào)或者確定并且記錄MEA/催化劑的活性，可以單獨(dú)改變電流或者電壓。這可以通過調(diào)整電子儀器例如可變負(fù)載、電源或者穩(wěn)壓器的輸出來實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例這些實(shí)施例僅僅是為了說明的目的并且不是要限制附帶權(quán)利要求的范圍。說明書的實(shí)施例以及余下部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等都是針對重量，除非另有說明。所有化學(xué)試劑都是從Sigma-AldrichChemicals，Milwaukee，WI獲得，除非另有說明。假定樣本具有的發(fā)射率為一來收集數(shù)據(jù)。
實(shí)施例1根據(jù)圖1制備測試燃料電池。通過在端板電極和石墨阻擋層中切出5厘米×5厘米(2英寸×2英寸)的窗口來制備陰極側(cè)。另外將石墨阻擋層切割，以設(shè)置突出部分，在其上用環(huán)氧樹脂接合劑粘貼GE214石英窗口。通過放置在MEA和石墨阻擋層之間的精細(xì)鉑篩網(wǎng)(52網(wǎng)孔，0.1mm直徑的金屬線)，提供了集電體和流場的雙重任務(wù)。鉑篩網(wǎng)與MEA覆蓋在同一區(qū)域上并且延伸過石英窗口，使得它形成與石墨阻擋層的電接觸。保留常規(guī)電池中陽極側(cè)不變，其包括鋁端板、具有絕緣層的金涂覆電極、具有機(jī)械加工流場的石墨阻擋層和Toray紙集電體。撓性硅加熱器附著在端板的外表面上用于溫度控制。由兩個(gè)分開的片制造MEA，其中一個(gè)具有高活性催化劑(Pt)涂覆在陰極側(cè)上，另一個(gè)具有低活性催化劑(PtHf)。使用上述電池，在室溫下沒有電流流過(背景)的情況使樣本成像，然后使用FLIR SC1000IR攝像機(jī)(FLIRSystems，Boston MA)具有0.5amps和4.0amps。圖3示出了利用0.5amps的除去背景的溫譜圖以及圖4示出了利用4.0amps的除去背景的溫譜圖。
實(shí)施例2組裝與實(shí)施例1中描述的測試電池相似的測試電池，只是在四個(gè)象限中用四種不同的材料制備MEA。四種材料是PtMnFe、PtCoFe、PtNiFe和PtHf。FLIR SC1000攝像機(jī)(FLIR Systems，Boston MA)，具有大致一平方英寸的視角，集中在四個(gè)象限的交叉點(diǎn)上，然后略微散開，以消除鉑篩網(wǎng)造成的線。電池溫度一經(jīng)穩(wěn)定，就在沒有施加電壓的情況下將電池加熱到76℃并且記錄背景圖像。然后在恒壓0.8伏、0.7伏、0.6伏、0.5伏和0.45伏下記錄圖像。圖5示出了在這些電壓下的除去背景的溫譜圖。
實(shí)施例3制備與上述實(shí)施例1中描述的測試電池相似的測試電池，只是具有兩點(diǎn)不同。第一，MEA的陰極側(cè)涂覆有鉑以及80％Ni/20％Fe合金(鎳鐵導(dǎo)磁合金)的110個(gè)替換層，如J.R.Dahn et al.，Chem.Mater.，2002，14，3519-3523中描述的濺射涂覆。每個(gè)鉑層的厚度分別從0到11埃線性變化(左到右)并且每個(gè)鎳鐵導(dǎo)磁合金層分別從0到6埃線性變化(下到上)，產(chǎn)生了垂直的合成物梯度。第二，將AVCARB 1071HCB碳浸漬布(從Ballard Material Products，Inc.前Textron SystemsCorportion；Lowell，MA購買到)片段放置在MEA和鉑篩網(wǎng)之間。FLIRSC1000攝像機(jī)(FLIR Systems，Boston MA)，具有大致一平方英寸的視角，集中在右上象限(其中碳布覆蓋MEA的鉑和鎳鐵導(dǎo)磁合金部分)上，然后略微散開，以消除鉑篩網(wǎng)造成的線。在室溫下記錄背景圖像。圖6示出了0.4V下記錄的除去背景的溫譜圖。在覆蓋MEA大部分鉑和富鎳鐵導(dǎo)磁合金角的碳布上觀察到最大的溫差。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，包括膜電極組件和用于對膜電極組件的表面進(jìn)行熱敏成像分析的IR透射窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述燃料電池，其中所述膜電極組件包括a)第一集電層；b)膜電極組件；以及c)第二集電層；其中所述IR透射窗口與所述第一集電層相鄰設(shè)置并且與所述膜電極組件配準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的所述燃料電池，其中所述IR透射窗口位于所述膜電極組件的陽極側(cè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的所述燃料電池，其中所述IR透射窗口位于所述膜電極組件的陰極側(cè)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的所述燃料電池，進(jìn)一步包括a)具有IR透射窗口的第一分配板；b)第二分配板；以及c)放置在第一分配板和第二分配板之間的膜電極組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，其中所述膜電極組件包括陽極層、陰極層以及放置在陽極層和陰極層之間的離子交換膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，其中所述膜電極組件包括第一集電體、陽極層、離子交換膜、陰極層以及第二集電體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的所述燃料電池，其中所述窗口位于膜電極組件的陽極側(cè)上，并且所述第一集電體是IR透射的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的所述燃料電池，其中所述窗口位于膜電極組件的陰極側(cè)上，并且所述第二集電體是IR透射的。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，其中所述IR透射窗口包括所述第一分配板中的石英或者蘭寶石窗口。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，其中所述第二分配板在其中具有用于引導(dǎo)燃料和氧化劑流動(dòng)的溝槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，其中所述第一分配板和第二分配板具有入口和出口，用于引入燃料和氧化劑和排放產(chǎn)物。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，進(jìn)一步包括用于可拆卸地連接燃料電池部件以允許更換部件的嚙合裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求5的所述燃料電池，其中所述陽極層選自Pt、Ru、Hf、Mo、Sn和其它貴金屬和賤金屬的合金和混合物以及其氫氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的所述燃料電池，其中所述陰極層選自Pt、其它貴金屬和過渡金屬，其合金以及混合物，包含納米顆粒的金屬以及賤金屬催化劑。
16.一種用于獲得燃料電池的熱敏成像圖的系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1-15中任何一項(xiàng)的燃料電池以及IR檢測器陣列。
17.一種測試燃料電池的方法，包括a)向權(quán)利要求1-15中任何一項(xiàng)的燃料電池提供燃料和氧化劑，以及b)通過所述IR透射窗口，利用紅外線檢測器陣列捕獲所述燃料電池的熱敏成像圖。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中作為時(shí)間的函數(shù)捕獲所述熱敏成像圖。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中通過具有多個(gè)像素的數(shù)字紅外線攝像機(jī)捕獲所述熱敏成像圖，其中所述多個(gè)像素與所述膜電極組件上的點(diǎn)相對應(yīng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中通過適于多個(gè)輸出的IR檢測器捕獲所述熱敏成像圖，其中所述多個(gè)輸出與所述膜電極組件上的所述預(yù)選點(diǎn)相對應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中所述熱敏成像圖與所述燃料電池的電輸出同時(shí)被監(jiān)控。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中在將燃料引入陽極側(cè)以及氧化劑引入陰極側(cè)并且產(chǎn)生電流時(shí)，通過捕獲熱敏成像圖來評價(jià)燃料電池的性能。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中記錄電流和/或電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中捕獲第一熱敏成像圖，改變所述燃料電池的部件，捕獲第二熱敏成像圖并且比較這些圖。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中在捕獲熱敏成像圖的同時(shí)記錄所述燃料電池的電壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中記錄陽極和陰極的半電池電勢。
27.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中捕獲電極的熱敏成像圖，所述燃料電池的所述電極在其表面上具有催化劑的梯度濃度。
28.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，包括獲得第一熱敏成像圖同時(shí)與電力負(fù)載連接，除去電力負(fù)載，獲得第二熱敏成像圖，從第一熱敏成像圖中減去第二熱敏成像圖。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的所述方法，其中所述成像圖是在恒定高溫下獲得的。
30.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中所述成像圖是在恒流條件下獲得的。
31.根據(jù)權(quán)利要求17的所述方法，其中所述成像圖是在恒壓條件下獲得的。
全文摘要
描述了一種燃料電池，包括膜電極組件和用于對膜電極組件的表面進(jìn)行熱敏成像分析的IR透射窗口。該測試燃料電池提供了一種監(jiān)控燃料電池并且利用IR檢測器陣列捕獲所述燃料電池的熱敏成像圖，同時(shí)測量電池的電輸出，包括電流、電壓和半電池電勢的方法。
文檔編號G01T1/16GK101073175SQ200580041979
公開日2007年11月14日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者史蒂芬·B·羅斯科, 尼爾·A·拉科, 拉多斯拉夫·阿塔納索斯基, 埃里克·R·杰克遜, 約翰·H·托馬斯三世, 萊斯特·H·麥金托什三世 申請人:3M創(chuàng)新有限公司