[发明专利]燃料电池内部热流密度-电流密度联测传感器

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池内部参数测量领域，涉及燃料电池内部局部电流密度和热流密度的测量，特别涉及燃料电池内部热流密度-电流密度联测传感器。

背景技术

燃料电池的性能是很多研究人员关注的重点，其性能的高低受许多因素的影响，如燃料电池运行工况的选取，燃料电池结构的设计，燃料电池内部参数的控制等等，而燃料电池内部运行参数的控制对于选取合理的运行工况和最佳的燃料电池结构设计具有重要的指导意义，所以燃料电池内部参数的测量研究越来越受到各国研究人员的重视。

一般燃料电池的反应物为液态或气态，这对燃料电池的密封性有很高的要求，从而导致燃料电池的结构过于紧凑，在局部甚至会出现不利于燃料电池内部热量排出的情况，从而导致燃料电池的性能下降。局部电流密度的改变是燃料电池内部许多重要参数对燃料电池性能影响的宏观体现，如反应物流量、水淹状况、接触电阻等，通过测量燃料电池内部的局部电流密度可以预测燃料电池内部的水淹情况，气体分布情况，指导燃料电池工况的选取。

对于电流密度和热流密度的测量，大多为单个参数的研究，比如电流密度的测量方法主要有子电池法、局部膜电极法、磁环组法等。这些方法大多需要对燃料电池的极板或流场板进行特殊的加工改造或将膜电极组件进行分割，不仅加工难度大、工艺复杂、制作成本高，而且使用也不是很方便。

本发明的燃料电池内部热流密度-电流密度联测传感器能够实现燃料电池内部电流密度和热流密度的同步测量，不需要对燃料电池的极板或流场板进行特殊的加工改造，方便了燃料电池内部电流密度和热流密度的测量；该发明结构简单、制作方便，制作成本低，适用于不同类型的燃料电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在燃料电池运行的同时能同步监测燃料电池内部的电流密度和热流密度的传感器。使用该发明不需要对燃料电池的内部结构进行特殊改造，减少了电池的拆装次数，方便了燃料电池内的电流密度和热流密度的测量。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：燃料电池内部热流密度-电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板1、热流密度-电流密度联测传感器4、引线5，在燃料电池流场板1上设有流道2和脊3，热流密度-电流密度联测传感器4设置在燃料电池流场板1两相邻流道2之间的脊3上，引线5的一端与热流密度-电流密度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至燃料电池流场板1的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板1上布置有热流密度-电流密度联测传感器4的面朝向燃料电池膜电极侧并与之紧密接触。

所述热流密度-电流密度联测传感器4为采用真空蒸发镀膜方法在脊3上蒸镀的七层薄膜：第一层为厚0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层13，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层13上厚为0.1-0.12μm的薄膜热流计铜镀层14，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层13上厚为0.1-0.12μm的薄膜热流计镍镀层15；所述薄膜热流计铜镀层14和薄膜热流计镍镀层15的形状分别为相互平行的四边形，且首尾相互搭接，搭接处构成薄膜热电堆，其中包括薄膜热流计上结点27和薄膜热流计下结点28，首端为薄膜热流计接线引出端29；第四层为在薄膜热流计铜镀层14和薄膜热流计镍镀层15上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层16，第五层为在薄膜热流计上结点27所对应的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为1.2-2.0μm的二氧化硅厚热阻层17，第六层为在先前镀层基础上蒸镀的一层厚为1.5-2μm的电流密度测量铜镀层18，第七层为在电流密度测量铜镀层18上方蒸镀的厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层19；所述电流密度测量铜镀层18和电流密度测量金镀层19相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层30，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端31。

所述薄膜热流计接线引出端29和电流密度测量金属镀层接线引出端31均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层13的同一侧。