燃料電池雙極板透氣率測定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，包括底座，底座上固定連接有第一立柱、第二立柱以及低壓室，第一立柱鉸接有上連接板，上連接板用鉸接形式通過V型連接板連接有高壓室，第二立柱鉸接有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸連接有手柄，高壓室與低壓室之間設(shè)有雙極板，高壓室還連接有高壓室氣管、貫穿于高壓室的U型高壓室水管和高壓室噴氣嘴，低壓室還連接有低壓室氣管、貫穿于低壓室的U型低壓室水管和低壓室噴氣嘴。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、效率高，壓下時(shí)壓塊能始終保持平行壓下，且壓力均衡、密封可靠，對于不同板厚的雙極板可以方便的通過加墊塊來調(diào)節(jié)高度的特點(diǎn)。與目前測量方法相比，本發(fā)明具有成本低，操作方面，通用性強(qiáng)，可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。
【專利說明】燃料電池雙極板透氣率測定裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種透氣率測定裝置，特別是涉及一種燃料電池雙極板透氣率的測定
裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能，直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池是由催化劑的陽極，陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成。燃料電池在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負(fù)載流向陰極構(gòu)成回路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。燃料電池與常規(guī)電池不同在于，它工作時(shí)需要連續(xù)不斷地輸入燃料和氧化劑，通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能；只要保持供應(yīng)，電池就會(huì)不斷工作提供電能。
[0003]依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳鹽酸燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)及質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等。
[0004]雙極板是燃料電池的一個(gè)重要部件，對燃料電池的性能、重量、體積和成本起到關(guān)鍵作用。雙極板的功能為:(1)分隔氧化劑與還原劑，要求雙極板具有阻氣功能，不能用多孔透氣材料；(2)具有 集流作用，因此必須是電的良導(dǎo)體；(3)已開發(fā)的幾種燃料電池，電解質(zhì)為酸(H+)或堿(0Η_)，故雙極材料在工作單位下，并有氧化介質(zhì)(如氧氣)或還原介質(zhì)(如氫氣)存在時(shí)，必須具有抗腐蝕能力；(4)在雙極板兩側(cè)加工或置有使反應(yīng)氣體均勻分布的流道，即所謂的流場，以確保反應(yīng)氣在整個(gè)電極各處能均勻分布；(5)應(yīng)是熱的良導(dǎo)體，以確保電池組的溫度均勻分布和排熱方案的實(shí)施。
[0005]至今PEMFC電池廣泛采用的雙極板材料為無孔石墨板，如開有蛇形流場的石墨板雙極板。正在開發(fā)表面的改性的金屬板和復(fù)合材料雙極板，如金屬雙極板。但由于PEMFC雙極板一側(cè)為濕的氧化劑，如氧；另一側(cè)為濕的還原劑，如氫；由于質(zhì)子交換膜極微量降解，生成水的PH值為微弱酸性。在這種環(huán)境下，用金屬(如不銹鋼)作雙極板材料、會(huì)導(dǎo)致氧電極側(cè)氧化膜增厚，增加接觸電阻，降低電池性能，性能上不如石墨板。
[0006]PEMFC雙極板材料必須耐腐蝕,具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、阻氣性能好。目前主要使用的雙極板材料有四種，人造石墨(無孔石墨)雙極板，金屬改性雙極板，炭/炭復(fù)合材料雙極板和柔性石墨雙極板。人造石墨雙極板耐腐蝕，阻氣性能較好，但加工過程復(fù)雜，成本較高；金屬改性雙極板阻氣性能好，易加工，但耐腐蝕性能差，成本也比較高；炭/炭復(fù)合材料雙極板成本較低，加工比較簡單，但阻氣性能和導(dǎo)電性較差；柔性石墨雙極板加工簡單，具有耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此是一種比較理想的雙極板。炭/樹脂復(fù)合材料雙極板制造簡單，但性能不如純石墨材料。
[0007]透氣率是指固體散料層允許氣體通過的難易程度，也是衡量混合料孔隙率的標(biāo)志。在一定的壓差(真空度)條件下，透氣性用單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積和一定料層高度的氣體量來表示。當(dāng)抽風(fēng)面積和料層高度一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過料層的空氣量愈大,則表明燒結(jié)料層的透氣性愈好。[0008]燃料電池的雙極板要求有氣密性，不能讓氣體穿過雙極板，因此必須檢測復(fù)合材料雙極板的氣體穿透性。對于氫-氧燃料電池，在雙極板兩側(cè)流動(dòng)的是氫氣和氧氣，由于氫氣的穿透性要比氧氣的穿透性強(qiáng)，所以一般選擇氫氣為復(fù)合板透過性實(shí)驗(yàn)的檢測氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可用于測定各種材料制造的燃料電池雙極板透氣率，也可用于其他板件如金屬板，塑料板等的透氣性能測試，具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，操作方便，重復(fù)性高等特點(diǎn)的雙極板透氣率測定裝置。
[0010]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，包括底座，所述底座上固定連接有第一立柱、第二立柱以及低壓室，所述第一立柱鉸接有上連接板，所述上連接板用鉸接形式通過V型連接板連接有高壓室，所述第二立柱鉸接有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸螺紋連接有手柄，所述高壓室與低壓室之間設(shè)有雙極板，所述高壓室還連接有高壓室氣管、貫穿于所述高壓室的U型高壓室水管和高壓室噴氣嘴，所述低壓室還連接有低壓室氣管、貫穿于所述低壓室的U型低壓室水管和低壓室噴氣嘴。
[0011 ] 作為優(yōu)化，所述手柄和上連接板之間設(shè)有開口墊圈。
[0012]作為優(yōu)化，所述高壓室、低壓室與雙極板接觸面設(shè)有密封橡膠圈，防止氫氣泄漏。
[0013]作為優(yōu)化，所述高壓室氣管以及低壓室氣管上分別設(shè)有截止閥和壓力表。
[0014]作為優(yōu)化，所述高壓室和低壓室上分別設(shè)有測溫探頭。
[0015]作為優(yōu)化，所述高壓室氣管、低壓室氣管、高壓室水管以及低壓室水管均為軟管管體結(jié)構(gòu)。
[0016]作為優(yōu)化，還包括氣源、氣源閥、真空泵、放空閥以及隔斷閥。
[0017]作為優(yōu)化，該裝置采用壓差法中的真空法來測定雙極板的透氣率。
[0018]作為優(yōu)化，該裝置測量時(shí)外接有計(jì)算機(jī)。
[0019]有益效果:本檢測裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、效率高，壓下時(shí)壓塊能始終保持平行壓下，且壓力均衡、密封可靠，對于不同板厚的雙極板可以方便的通過加墊塊來調(diào)節(jié)高度的特點(diǎn)。與目前測量方法相比，本發(fā)明具有成本低，操作方面，通用性強(qiáng)，可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的主視圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的俯視圖。
[0022]圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0023]圖4為本發(fā)明的測量原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1到圖3所示的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，包括底座I，底座I上固定連接有第一立柱2、第二立柱10以及低壓室6，第一立柱2鉸接有上連接板3，上連接板3用鉸接形式通過V型連接板13連接有高壓室4，第二立柱10鉸接有轉(zhuǎn)軸8，轉(zhuǎn)軸8螺紋連接有手柄9，手柄9和上連接板3之間設(shè)有開口墊圈14。高壓室4與低壓室6之間設(shè)有雙極板7，高壓室4、低壓室6與雙極板7接觸面設(shè)有密封橡膠圈5，防止氫氣泄漏。高壓室4還連接有高壓室氣管15、貫穿于所述高壓室4的U型高壓室水管17和高壓室噴氣嘴19，低壓室6還連接有低壓室氣管16、貫穿于所述低壓室6的U型低壓室水管18和低壓室噴氣嘴20，高壓室氣管15以及低壓室氣管16上分別設(shè)有截止閥11和壓力表12，高壓室4和低壓室6上分別設(shè)有測溫探頭21。
[0025]本裝置采用壓差法中的真空法來測定雙極板的透氣率(測量原理如圖4所示)，真空法是壓差法中最具代表性的一種測試方法，參照GB/T1038-2000，給出測定原理示意圖及測量步驟以及結(jié)果計(jì)算:
[0026](I)按GB/T6672測量試樣厚度至少測量5點(diǎn)取算術(shù)平均值；
[0027](2)關(guān)閉透氣室各針閥，開啟真空泵。開啟低壓室針閥，在上蓋的凹槽內(nèi)放置密封圈蓋好上蓋并緊固。打開高壓室針閥及隔斷閥開始抽真空直到27Pa以下并繼續(xù)脫氣以排除試樣所吸附的氣體等；
[0028](3)關(guān)閉隔斷閥，打開試驗(yàn)氣瓶和氣源開關(guān)向高壓室充試驗(yàn)氣體高壓室的氣體壓力應(yīng)在(1.0~1.1) X IO5Pa范圍內(nèi)。壓力過高時(shí)應(yīng)開啟隔斷閥排出；
[0029](4)關(guān)閉高、低壓室排氣針閥開始透氣試驗(yàn)；
[0030](5)為剔除開始試驗(yàn)時(shí)的非線性階段應(yīng)進(jìn)行IOmin的預(yù)透氣試驗(yàn)。隨后開始正式透氣試驗(yàn)記錄低壓室的壓力變化值Λρ和試驗(yàn)時(shí)間t。繼續(xù)試驗(yàn)直到在相同的時(shí)間間隔內(nèi)壓差的變化保持恒定達(dá)到穩(wěn)定透過。至少取3個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔的壓差值求其算術(shù)平均值以此計(jì)算該試樣的氣體透過量及氣體透過率。
[0031]結(jié)果計(jì)算:
[0032](I)氣體透過量Qg按照式⑴計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:包括底座(1)，所述底座(1)上固定連接有第一立柱(2)、第二立柱(10)以及低壓室(6)，所述第一立柱(2)鉸接有上連接板(3)，所述上連接板(3)用鉸接形式通過V型連接板(13)連接有高壓室(4)，所述第二立柱(10)鉸接有轉(zhuǎn)軸(8)，所述轉(zhuǎn)軸⑶螺紋連接有手柄(9)，所述高壓室(4)與低壓室(6)之間設(shè)有雙極板(7)，所述高壓室(4)還連接有高壓室氣管(15)、貫穿于所述高壓室(4)的U型高壓室水管(17)和高壓室噴氣嘴(19)，所述低壓室(6)還連接有低壓室氣管(16)、貫穿于所述低壓室出)的U型低壓室水管(18)和低壓室噴氣嘴(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:所述手柄(9)和上連接板(3)之間設(shè)有開口墊圈(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:所述高壓室(4)、低壓室(6)與雙極板(7)接觸面設(shè)有密封橡膠圈(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:所述高壓室氣管(15)以及低壓室氣管(16)上分別設(shè)有截止閥(11)和壓力表(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:所述高壓室(4)和低壓室(6)上分別設(shè)有測溫探頭(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:所述高壓室氣管(15)、低壓室氣管(16)、高壓室水管(17)以及低壓室水管(18)均為軟管管體結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:還包括氣源、氣源閥、真空泵、放空閥以及隔斷閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:該裝置采用壓差法中的真空法來測定雙極板的透氣率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池雙極板透氣率測定裝置，其特征在于:該裝置測量時(shí)外接有計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01M3/26GK104006935SQ201410257755
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】黃明宇, 厲丹彤, 鄧佳文, 張政, 謝國如, 倪紅軍, 葛存旺 申請人:南通大學(xué)