[发明专利]燃料电池用气体扩散层渗透率与扩散系数测量方法及设备

说明书

本发明涉及一种燃料电池用气体扩散层渗透率与扩散系数测量方法及设备，该设备包括气源(12)、气体流量控制器(10)、增湿系统(9)、温控系统(11)、装夹装置、状态监测模块与信号接收模块(6)，其中，装夹装置包括上压块、下压块(13)、上多孔金属块(7)、下多孔金属块(15)、O型圈(4)与密封圈(16)，被测气体扩散层(14)夹在上压块和下压块(13)之间，上金属多孔压块(7)装夹在上压块中，下多孔金属块(15)装夹在下压块(13)中。与现有技术相比，本发明可实现可控温湿环境中，气体扩散层压缩状态下厚度与面内方向的气体渗透率与扩散系数测量，操作方便，可根据该设备测量结果评估不同气体扩散层的传质特性。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池气体扩散层压缩状态下渗透率与扩散系数测量方法及设备。

背景技术

燃料电池是一种将原料中的化学能直接转变成电能的“化学能发电”装置，其能量转换效率不受卡诺循环的限制，电池组的发电效率可达50％以上，具有环境友好、启动特性优良和能量转换效率高等特征，可望在诸多领域得到应用。

近年来，随着各国研究者的不断努力，燃料电池整体性能有了很大提高，但是为了满足不同应用需求，高功率密度、高稳定性的燃料电池仍然有待持续开发。燃料电池中，气体扩散层对反应物气体的扩散和水的管理起着至关重要的作用，因此有必要深入理解燃料电池气体扩散层中发生的各种传质过程。气体扩散层是反应气体和反应产物水的输运通道，从气体扩散层的电镜扫描图片可以看出，气体扩散层结构具有明显的各向异性，势必会造成气体扩散层传质的各向异性，同时在燃料电池装配以及运行环境中，复杂的工况致使气体扩散层的传质特性更加复杂多样。研究表明，气体在气体扩散层中的主要传递方式为扩散，另外还包括部分对流传质，因此，设计一种燃料电池气体扩散层渗透率与扩散系数测量设备具有重要意义。

经对现有技术的文献检索发现，针对燃料电池气体扩散层渗透率与扩散系数的测量装置较少，中国专利CN 103852406 A公开了一种燃料电池气体扩散层及形成扩散层的碳纸的透气性测试装置及其使用方法,但是该装置只能测量气体扩散层厚度方向的本征透气率，无法表征气体扩散层在装配压缩以及复杂工况下的传质各向异性。美国专利US7913572B2公开了一种聚合物电解质燃料电池气体扩散层压缩物性综合测试系统，该系统可测量气体扩散层厚度方向本征渗透率以及面内方向渗透率，但是无法测量气体扩散层压缩状态下厚度方向渗透率，并且无法测试气体扩散层厚度方向以及面内方向的扩散系数，扩散气体的温湿度也不可控。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池气体扩散层压缩状态下渗透率与扩散系数测量方法及设备，可以实现可控温湿环境中，气体扩散层压缩情况下厚度方向与面内方向的气体渗透率与扩散系数测量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池气体扩散层压缩状态下渗透率与扩散系数测量设备，用于实现可控温湿环境中，气体扩散层压缩情况下厚度方向与面内方向的气体渗透率与扩散系数测量，评估不同气体扩散层的传质特性。该测量设备包括气源、气体流量控制器、增湿系统、温控系统、装夹装置、状态监测模块以及信号接收模块，所述的装夹装置包括上压块和下压块，所述的上压块和下压块均为中间设有凹槽的平板，凹槽侧壁上设有贯穿平板的气体进口和出口，上压块和下压块上的凹槽为对称结构且相对设置，构成纵向气体通道，所述的上压块和下压块之间构成横向气体通道，被测气体扩散层夹在上压块和下压块之间形成的横向气体通道内，在被测气体扩散层两端设有可拆卸式密封圈，被测气体通过流量控制器流出，经过增湿系统和温控系统后到达装夹装置中。所有传感器、流量控制器、温控系统以及增湿系统均与信号接收模块相连，实时记录所有实验数据。