[发明专利]一种中低温固体氧化物燃料电池的性能测试方法

说明书

本发明是一种中低温固体氧化物燃料电池的性能测试方法，基于利用电子负载作为电测量设备的测试，具体可分为如下步骤：1)测试前准备工作；2)电池的活化及电流扫描上限的确定；3)快速恒电流扫描(瞬态性能快速测试)；4)慢速恒电流扫描(准稳态性能测试)；5)进一步的电流扫描测试；6)稳态极化测量；7)实验数据的处理。本方法强调了燃料电池测量过程中稳态的保持及测试条件的详细记录这两个要点。使用本方法可以准确、简单、高效、直观的对各种不同固体氧化物燃料电池性能进行评价，测试得到的数据全面，可以更好的反映燃料电池的实际工作性能。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，具体来说，涉及一种针对固体氧化物燃料电池的性能测试方法。

背景技术

燃料电池是一种可以直接将燃料及氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，其具有很多相对于传统能源的优势，如效率高，环保无污染等。

燃料电池可按采用的电解质不同而分成多种不同的类型。其中，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFC)以离子传导陶瓷作为电池的主要成分，具有许多独特的优点，被认为在多个领域拥有广阔的发展空间。

根据操作温度的不同，一般将工作于800摄氏度以上的固体氧化物燃料电池称为高温固体氧化物燃料电池，工作于800摄氏度到600摄氏度之间的固体氧化物燃料电池称为中温固体氧化物燃料电池，600摄氏度至300摄氏度则称为低温固体氧化物燃料电池。本发明适用于中低温固体氧化物燃料电池，但其适用范围并不仅限于此。

目前，固体氧化物燃料电池的研究日益深入，催生了许多采用新型材料或结构的燃料电池不断出现，因此亟待提出一种准确、简单、高效、直观的对各种不同体系固体氧化物燃料电池性能进行评价的标准方法。

根据燃料电池的实际应用情况及各种文献，为了区分、描述一种燃料电池性能的好坏，需要进行j-V(电流密度-电压)特性的测量，j-V特性的测量是最普遍使用的燃料电池表征技术，并且提供了对燃料电池性能和功率密度的整体定量评估。对于较小规模的燃料电池，现在一般运用恒速扫描极化曲线的测量方法，即将燃料电池的电流随时间从0到某一预设值逐步扫描，随着电流的上升电压会由于极化的存在而逐步下降。此外，为了满足燃料电池商业化的要求，燃料电池的稳定性能也是一项十分重要的性能指标。

保证稳态以及记录测试条件是燃料电池测试过程中需要注意的两个要点。而在燃料电池的测量过程中现有的测量方法中，扫描的时间间隔与电流步进值是影响测试结果的重要因素。特别是扫描的时间间隔，由于燃料电池内部传质以及能量传递的存在，当工作条件变化时，电池需要经过一段时间才可以达到稳态，这段时间即时间常数。燃料电池的时间常数有3个，其中第一时间常数与燃料电池的电化学过程有关，一般为微秒级别，可以忽略其影响；第二时间常数与电池的物质传输过程有关，一般为秒级别，对电池测试的结果影响有限；最后的第三时间常数与燃料电池的燃料内部的能量传输特性有关，此常数一般为分钟到小时级，其对电池测试结果的影响最大，是最需要注意的时间常数。

不论燃料电池的工作温度如何，时间常数总会存在，但由于气体传质及能量输送特性的影响，文献表明时间常数对中低温条件下燃料电池测试的影响更为显著。为了消除时间常数的影响，得到准确的测量结果，必须确定好j-V曲线中扫描的速度。另外可以知道，j-V特性测量的结果与燃料电池工作环境以及测试条件密切相关，会由于各种条件的不同而发生变化。

在现有的测量方法的专利中，大多侧重于在增强复杂条件下以及微小波动时的测量精度(专利申请号CN201510006771.6)以及燃料电池某一方面特性的测量 (专利申请号CN201410475394.6)。