質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具制造技術

一種能提高電解水制氫效率及氫氧電化學反應電產生效率的質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具。電解水制取氫氣裝置通過穩壓直流電源器提供電源，陰極、陽極之間采用布膜隔開；質子交換膜氫氧燃料電池組為氫氣、氧氣導流槽能最大面積貼近重合的三個單體燃料電池串聯而成；采用萬用表測量電池電壓輸出端子間或導流板間電壓，顯示電池是否產生電能及其大小。該試驗教具可供大、中專院校相關專業的教師和學生研究、學習質子膜氫氧燃料電池結構原理使用，也可供中學教師和學生研究、學習電解水化學反應原理及質子膜氫氧燃料電池結構原理時使用。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具，特別涉及其中一種電解水制取氫氣、氧氣裝置和一種質子交換膜氫氧燃料電池結構。
技術介紹
目前質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具電解水制取氫氣和氧氣裝置通常是用注滿電解液的U型管兩端分別插陰極和陽極結構，此結構有下列缺陷一是溶液中的氫氣和氧氣有可能混合，造成氫氣和氧氣不純或易有爆炸危險；二是陰極和陽極離開較遠，引起電解電阻增大,氫氣和氧氣制取效率低。質子交換膜氫氧燃料電池應用現在尚未普及，因而目前國內只有少數廠家生產質 子交換膜氫氧燃料電池，所生產的產品是某一類工業所用，結構比較復雜，性能較好，但價格很高，不適宜作教具使用；現有質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具上的質子交換膜氫氧燃料電池氣體導流板上的導流槽結構不夠合理，不能最大限度地保證氫氣導流槽和氧氣導流槽有最大的貼合面積，從而影響氫氧電化學反應時電的產生效率。
技術實現思路
為了克服現有質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具電解水制取氫氣、氧氣裝置和質子交換膜氫氧燃料電池結構不足，本技術提供一種質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具，該試驗教具電解水制取氫氣、氧氣裝置能使氫氣和氧氣有效分離，電解電阻減小，氫氣和氧氣制取效率提高；同時，該教具質子交換膜氫氧燃料電池結構簡單，氫氧電化學反應時電廣生效率提聞，制造容易，成本較低。本技術解決技術問題所采用的技術方案是1、質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具，由電解水制取氫氣氧氣裝置、質子交換膜氫氧燃料電池組和電池測量裝置三部分組成。2、電解水制取氫氣和氧氣裝置以圓柱形容器燒杯為基礎,包含氫氣和氧氣兩個氣體發生腔，在每個腔的蓋板上裝有圓柱形電極、出氣孔接頭、平衡孔接頭，兩腔之間用以框形隔板為骨架的布膜隔開，電解液里的離子能夠通過布膜，而氫氣和氧氣由于兩者壓力差較小，不能通過布膜。這樣陰極和陽極可以靠得較近，電解電阻減少，氫氣和氧氣制取效率提高，同時產生的氫氣和氧氣靠布膜能夠分開，所有零件之間都靠粘結劑固定并密封，平衡孔接頭上裝有塞子，所以氫氣和氧氣只能從各自的出氣口出來，通過連接軟管到達燃料電池里。3、質子交換膜氫氧燃料電池采用三個單體電池串聯而成，靠四對螺栓螺母連接，氣體導流板之間靠框形橡膠密封墊片絕緣電和密封氣體，其上的氣體導流槽除靠近進氣孔或出氣孔的一小段是斜向布置外，其余各段都沿導流板的縱向和橫向交替均衡連續布置，并對稱于導流板橫向中心面，各縱向槽與導流板縱向中心面距離相等，當氫氣導流槽和氧氣導流槽隔著膜電極相互貼合時，除一小段斜向布置的導流槽不重合外，其余導流槽都能重合。這樣就能保證三個氫氣導流槽和氧氣導流槽最大限度貼合。本技術的有益效果是電解水制取氫氣和氧氣量多，電解效率高，氫氣和氧氣能有效隔離；質子交換膜氫氧燃料電池氣體密封性好，氫氧電化學反應時電產生效率高，結構簡單；整個裝置成本低，制造容易。附圖說明圖I是本技術的總體結構圖。圖中I.直流穩壓電源器，2.電線，3.燃料電池安放支撐塊，4.橡膠軟管,5.質子交換膜氫氧燃料電池,6.萬用表測筆,7.萬用表,8.氫氣和氧氣制取裝置，9.電源開關。圖2為電解水制取氫氣和氧氣裝置圖。圖中10.燒杯，11.石墨電極(陰極)，12.硫酸鈉溶液，13.粘結劑，14.氫氣出口管接頭，15.電極接線固定螺釘，16.氧氣出氣管接頭，17.平衡孔堵塞，18.平衡孔管接頭，19.密封蓋板，20.框形隔板，21.氣體分隔布膜，22.石墨電極(陽極)。圖3為質子交換膜氫氧燃料電池外形圖。·圖4為圖3在A-A截面上的剖視圖。圖中23.左壓板，24.膜電極，25.單氣體導流板，26.固定螺栓螺母，27.密封墊片，28.框形橡膠密封墊片，29.右壓板，30.絕緣隔圈，31.雙氣體導流板。圖5為圖3在B-B截面上的剖視圖。圖中32.氧氣進口管接頭，33.氫氣出口管接頭，34.電池電壓輸出端子，35.氧氣出口管接頭，36.氫氣進口管接頭。圖6為雙氣體導流板(31)沿氫氣導流面方向上的視圖，表明了氫氣導流槽結構。圖7為圖6在C-C截面上的剖視圖。圖8為圖7在D方向上的視圖，表明了氧氣導流槽結構。具體實施方式在圖I中，整個質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具主要由電解水制取氫氣和氧氣裝置、質子交換膜氫氧燃料電池(5)、萬用表(7)三大部分組成，輸入為220V交流電的直流穩壓電源器⑴通過電線⑵與氫氣和氧氣制取裝置⑶的電極相連，提供12V直流電壓，在與陽極相連的電線上安裝有電源開關(9)。氫氣和氧氣制取裝置產生的氫氣和氧氣通過橡膠軟管(4)傳導給燃料電池(5)，電池產生的電量通過數字式萬用表(7)測量來驗證，方法是通過將數字式萬用表測筆(6)抵在相應電池電壓輸出端子或電池兩側導流板上來測量，可測量單體、多體或整體燃料電池輸出電壓，也可在電壓輸出端子上串聯負載、電流表，在負載上并聯電壓表來實現。由于電解水制取氫氣和氧氣量時，氫氣和氧氣生成速度不是很大，氣體壓力也不大；又因為氫氣密度比空氣小很多，氧氣密度略大于空氣，整個燃料電池布置在氫氣和氧氣制取裝置的后上方，所以其要用放在支撐塊3上。在圖2中，燒杯(10)被密封蓋板(19)、框形隔板(20)、氣體分隔布膜(21)圍成兩個型腔，即氫氣發生腔和氧氣發生腔。在每個腔上方的蓋板(19)上都開有三個孔，一個裝石墨電極(11)或(22)，一個裝氫氣或氧氣出口管接頭(14)或(16)，一個裝平衡孔管接頭(18)。電解前，兩型腔分別被加入等高度的Na2SO4溶液(12)，高度以離開密封蓋板上的出氣管接頭(14)、(16)下方5mm、并淹沒整個布膜一段距離為最佳。陰、陽兩石墨電極棒(11)、(22)分別與直流穩壓電源的負、正極用電線連接。當陰、陽極間通以12V直流電壓后，電解質溶液中的水便開始電解，在陰極石墨棒附近產生氫氣，陽極石墨棒附近產生氧氣，兩氣體由于密度比電解質溶液小，便開始上升，與溶液分離。由于布膜兩側氫氣和氧氣兩者壓力差較小，所以用布膜就可將它們分隔開來。布膜能夠阻礙氫氣和氧氣穿越，但不會阻礙離子通過，不但不影響水的電解，反而由于兩電極因為距離近，電離電阻大大減小，有利于加快電解速率。集聚在溶液上方的氫氣和氧氣被氣體分隔板或布膜可靠的隔開，并分別從各自的出口管接頭流出，通過橡膠軟管向燃料電池提供氫氣和氧氣。布膜可采用空隙大小40S*30S、密度為138*86、133*95和140*90的舊絲光棉襯衫布料剪切而成。本技術氫氣和氧氣制取裝置的所有零件之間的連接都用粘結劑(13)粘結而成，這樣結構得到簡化，同時保證了容器對氣體和液體的密封。膠粘劑(13)可采用KD-504A-II高級萬能膠粘劑。在圖3、圖4和圖5中，質子交換膜燃料電池由三個單體燃料電池串聯而成，最外側采用兩塊非導電的壓板(23)、(29)通過螺栓螺母(26)將三個單體燃料電池固定在一起，螺栓與氣體導流板安裝孔間有絕緣隔圈(30)。與壓板靠近的為單氣體導流板(25)，即氫氣或氧氣導流板，其他都是雙氣體導流板(31)，即一面作氫氣導流板用，另一面作氧氣導流板用。每個單體電池有兩塊導流板和一個膜電極(23)組成。每個膜電極由兩層電極擴散材料和一層質子交換膜組成，質子交換膜處于中間位置。組裝燃料電池前，膜電極須按一定的 工藝程序制作好。在兩壓板上分別本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種質子交換膜氫氧燃料電池試驗教具，由電解水制取氫氣氧氣裝置、質子交換膜氫氧燃料電池組和電池測量裝置三部分組成，其特征是：電解水制取氫氣氧氣裝置的陰極和陽極采用布膜隔開，質子交換膜氫氧燃料電池組為三個氫氣導流槽和氧氣導流槽能最大限度貼合的單體燃料電池串聯而成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳錦華，
申請(專利權)人：陳錦華，
類型：實用新型
國別省市：