一種燃料電池堆膜電極狀況現場檢測方法和檢測裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種燃料電池堆膜電極狀況現場檢測方法和檢測裝置，待測燃料電池供應氫氣和氮氣或空氣，用負載消除燃料電池電壓，直至電壓為零，采用恒流電源給待測燃料電池進行恒定電流充電，電流傳感器測量充電電流，數據采集器采集電流傳感器的電流信號和待測燃料電池各節電池的電壓信號，轉換成數字量信號并傳輸到數據處理單元，數據處理單元通過編寫程序實現測量數據的自動處理，經過對采集的各節燃料電池電壓數據進行微分和積分運算，給出待測燃料電池膜電極的催化劑有效活性面積、雙電層電容、氫滲透電流和阻抗等參數；本發明專利技術適用于對燃料電池堆或單體進行測試，具有現場、無損、簡便、快速等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及燃料電池膜測量
，具體涉及一種燃料電池堆膜電極狀況現場檢測方法和檢測裝置。
技術介紹
膜電極是燃料電池關鍵部件，燃料電池性能衰減實質是膜電極的老化。膜電極的狀況參數包括催化劑有效活性面積、雙電層電容、氫滲透電流和阻抗等。催化劑有效活性面積和阻抗，與燃料電池輸出性能直接相關，檢測電池堆內各節燃料電池此兩方面的參數，可反映燃料電池各節一致性和老化程度；氫滲透電流，實質是代表膜電極滲透氫氣量的當量電流，反映膜電極的致密性；檢測雙電層電容，可反映燃料電池的動態響應能力。常用循環伏安法(CV)測量燃料電池活性面積和雙電層電容，但是該方法僅適用于對燃料電池單體的測量，不能用于對燃料電池堆的檢測，而且多次CV掃描對燃料電池有損害作用；膜電極氫滲透電流的測量，通常用線性電位掃描法、定容積漏氣測量法或停機后放電率測量法等；燃料電池阻抗的測量常用交流阻抗法或斷電法等。這些測量方法，需要多種儀器，檢測時間長。對于新生產的燃料電池堆，或在用的燃料電池堆，常需要了解電池堆內各節燃料電池的一致性(特別是膜電極一致性)和膜電極變化情況，缺少一種方便檢測燃料電池堆膜電極的方法和測量裝置。
技術實現思路
為了解決上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種燃料電池堆膜電極狀況現場檢測方法和檢測裝置，一次測量同時獲得多種參數。為了達到上述目的，本專利技術采用以下技術方案予以實現。一種燃料電池堆膜電極狀態現場檢測方法，包括如下步驟(I)將氫氣和氮氣或空氣分別充入待測燃料電池堆或單體的膜電極兩側，如果充入的是氫氣和氮氣，則氫氣和氮氣流經燃料電池，或者堵死出口，如果充入的是空氣，則需要堵死空氣側出口，用待測燃料電池外接負載直至待測燃料電池不再有開路電壓；(2)給待測燃料電池進行恒定電流充電，連續記錄各節燃料電池電壓，當各節燃料電池電壓不低于O. 5V時停止充電；(3)改變恒定電流值兩次或者多次，重復步驟(2)過程，得到兩個或者多個恒定電流下的各節燃料電池電壓數據；(4)對兩個或多個恒定電流下測量的該節燃料電池電壓變化過程進行關于時間的微分，確定該節燃料電池在某電壓下對應兩個或多個恒定電流Ie充電中的電壓變化率dV/ dt ；(5)將上述的恒定電流Ie和電壓變化率dV/dt通過線性擬合或計算得到對應電壓變化率為O時的電流值，即為該節燃料電池膜電極的氫滲透電流iH ；(6)繪制(Ie-1H)/(dV/dt)該節燃料電池電壓V的曲線，找出最低點L及其對應電壓Vdl，該點的(ItTi11)/(dV/dt)值即為該節燃料電池膜電極雙電層電容Cdl ;(7)對步驟(6)中曲線進行積分權利要求1.一種燃料電池堆膜電極狀態現場檢測方法，其特征在于包括如下步驟 (I)將氫氣和氮氣或空氣分別充入待測燃料電池堆或單體的膜電極兩側，如果充入的是氫氣和氮氣，則氫氣和氮氣流經燃料電池，或者堵死出口，如果充入的是空氣，則需要堵死空氣側出口，用待測燃料電池外接負載直至待測燃料電池不再有開路電壓； (2 )給待測燃料電池進行恒定電流充電，連續記錄各節燃料電池電壓，當各節燃料電池電壓不低于0. 5V時停止充電； (3)改變恒定電流值兩次或者多次，重復步驟(2)過程，得到兩個或者多個恒定電流下的各節燃料電池電壓數據； (4)對兩個或多個恒定電流下測量的該節燃料電池電壓變化過程進行關于時間的微分，確定該節燃料電池在某電壓下對應兩個或多個恒定電流Ie充電中的電壓變化率dV/dt ； (5)將上述的恒定電流和電壓變化率dV/dt通過線性擬合或計算得到對應電壓變化率為0時的電流值，即為該節燃料電池膜電極的氫滲透電流iH ； (6)繪制(Ifi11)/(dV/dt)該節燃料電池電壓V的曲線，找出最低點L及其對應電壓Vdl，該點的(ItTi11)/(dV/dt)值即為該節燃料電池膜電極雙電層電容Cdl ; (7 )對步驟(6 )中曲線進行積分~ Q W，得催化劑脫氫對應電荷量QPt，通過公式DS =I得該節燃料電池膜電極催化劑有效活性面積EAS，其中q代表單位面積催2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于所述氫氣和氮氣或空氣為增濕的氣體或不增濕的氣體。3.一種實現權利要求1所述檢測方法的檢測裝置，其特征在于包括恒流電源(I)、電流傳感器(2)、數據采集器(3)和數據處理單元(4)，所述恒流電源(I)的正負極分別通過導線與待測燃料電池(5)集電板的陰極和陽極相連，電流傳感器(2)連接在恒流電源(I)負極和待測燃料電池(5)集電板的陽極間；所述電流傳感器(2)的電流信號端口 A與數據采集器(3)的模擬量輸入端口 B相連；所述數據采集器(3)的模擬量輸入端口 B同時與待測燃料電池(5 )的各節電池相連，數據采集器(3 )的數據傳輸端口 C與數據處理單元(4 )的數據傳輸端口 D相連。4.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于所述待測燃料電池(5)為燃料電池單體或燃料電池堆，數據采集器(3)有多少路電壓信號線即能夠同時測量多少節燃料電池。全文摘要本專利技術公開了一種燃料電池堆膜電極狀況現場檢測方法和檢測裝置，待測燃料電池供應氫氣和氮氣或空氣，用負載消除燃料電池電壓，直至電壓為零，采用恒流電源給待測燃料電池進行恒定電流充電，電流傳感器測量充電電流，數據采集器采集電流傳感器的電流信號和待測燃料電池各節電池的電壓信號，轉換成數字量信號并傳輸到數據處理單元，數據處理單元通過編寫程序實現測量數據的自動處理，經過對采集的各節燃料電池電壓數據進行微分和積分運算，給出待測燃料電池膜電極的催化劑有效活性面積、雙電層電容、氫滲透電流和阻抗等參數；本專利技術適用于對燃料電池堆或單體進行測試，具有現場、無損、簡便、快速等優點。文檔編號G01R19/00GK102981124SQ20121043896公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日專利技術者裴普成, 徐華池 申請人:清華大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池堆膜電極狀態現場檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）將氫氣和氮氣或空氣分別充入待測燃料電池堆或單體的膜電極兩側，如果充入的是氫氣和氮氣，則氫氣和氮氣流經燃料電池，或者堵死出口，如果充入的是空氣，則需要堵死空氣側出口，用待測燃料電池外接負載直至待測燃料電池不再有開路電壓；（2）給待測燃料電池進行恒定電流充電，連續記錄各節燃料電池電壓，當各節燃料電池電壓不低于0.5V時停止充電；（3）改變恒定電流值兩次或者多次，重復步驟（2）過程，得到兩個或者多個恒定電流下的各節燃料電池電壓數據；（4）對兩個或多個恒定電流下測量的該節燃料電池電壓變化過程進行關于時間的微分，確定該節燃料電池在某電壓下對應兩個或多個恒定電流IG充電中的電壓變化率dV/dt；（5）將上述的恒定電流IG和電壓變化率dV/dt通過線性擬合或計算得到對應電壓變化率為0時的電流值，即為該節燃料電池膜電極的氫滲透電流iH；（6）繪制(IG?iH)/(dV/dt)該節燃料電池電壓V的曲線，找出最低點L及其對應電壓Vdl，該點的(IG?iH)/(dV/dt)值即為該節燃料電池膜電極雙電層電容Cdl；（7）對步驟（6）中曲線進行積分得催化劑脫氫對應電荷量QPt，通過公式得該節燃料電池膜電極催化劑有效活性面積EAS，其中q代表單位面積催化劑所帶電量，WPt為鉑載量；或用公式求出催化劑有效面積比REA，表示催化劑有效活性面積與膜電極有效面積AMEA之比；（8）從起始充電區得到電壓階越變化值△V，用公式R＝△V/IG得到該節燃料電池阻抗R；（9）對燃料電池堆內各節燃料電池進行步驟（4）?（8）的操作，得到燃料電池堆各節燃料電池膜電極狀況參數。FDA00002361967000011.jpg,FDA00002361967000012.jpg,FDA00002361967000013.jpg...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：裴普成，徐華池，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：