[实用新型]一种燃料电池膜氢气透过率测试系统

说明书

本实用新型涉及一种燃料电池膜氢气透过率测试系统，包括气体渗透装置、加热罐系统和氢气浓度检测装置，气体渗透装置包括结构相同的2个半腔夹具，2个半腔夹具连接处设置密封胶圈，密封胶圈内平铺设置燃料电池膜，加热罐系统包括结构相同的左加热罐和右加热罐，左加热罐和右加热罐内均设置加热棒和热电偶，左加热罐和右加热罐分别管道连接至2个半腔夹具；氢气浓度检测装置包含气相色谱仪和计算机，连接左加热罐的半腔夹具管道连接至气相色谱仪，气相色谱仪连接计算机，另一个半腔夹具设置排气管道。本实用新型通过加热罐系统调控膜渗透所需的不同温度和湿度条件，拓宽了膜的透氢测试范围，表征饱和湿度、不同温度下燃料电池膜的氢气透过性能。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池膜氢气透过率测试系统，属于测量装置技术领域。

背景技术

燃料电池因其零排放、效率高、启动快、低温运行无噪音等优点，正逐步成为新能源技术发展的重要方向。燃料电池的工作过程相当于电解水的“逆过程”：作为电池能量来源的H₂在电池的阳极通过催化剂作用失去电子生成H⁺，H₂失去的电子经过外部电路到达电池的阴极，与此同时H⁺通过电池阳极和阴极之间的燃料电池膜到达阴极，与阴极催化剂上的O₂以及从外电路到达阴极的电子一起反应生成水。具体原理如下所示：

阳极：H₂-2e^-→2H⁺

阴极：

整个过程，储存在H₂和O₂中的化学能一部分以外电路电子做功的电能形式释放出来，实现化学能到电能的转换，理论计算该转换效率可达到83％，实际转换率可以达到40％～60％。在该过程中，燃料电池膜的“阻隔”性能十分关键。即燃料电池膜只允许H⁺通过，而不允许H₂和O₂自由穿透，如果H₂通过膜到达阴极，会降低电极电动势，导致电能输出效率降低，当H₂透过量足够大，达到一定浓度后，直接化学反应释放的热能会导致燃料电池膜不断降解，严重时会发生爆炸危险。因此，在燃料电池膜的研发和生产过程中，对氢气透过率的测试尤为重要，该数值的高低直接影响燃料电池电堆的使用寿命和安全性能。

对燃料电池膜的氢气透过率测试的方法依据是《GB20042.3-2009质子交换膜燃料电池第3部分：质子交换膜测试方法》中透气率测试部分，即在以燃料电池膜为中间隔层的密闭夹具一侧通入氮气或氦气等惰性气体，另一侧通入氢气，经过至少2h的渗透过程后，气相色谱仪检测惰性气体一侧的氢气含量，从而计算得到该段时间内的氢气透过率。

上述国标测试方法存在的局限是：(1)氢气透过率的测试条件(温度为25℃±2℃，相对湿度为50％±5％)并不能反映燃料电池膜在较高温度和湿度下(通常也是燃料电池的工作条件，如80℃，95％R.H.)的氢气透过率(2)由于没有实时的气体流量显示，该方法得到的氢气透过率数值为一段时间(≥2h)内的氢气透过率平均值，无法得到在具体某一时刻的氢气透过率数值。(3)直接将渗透结束后的惰性气体出口通入气相色谱仪，而没有经过气体净化装置，会导致具有较高湿度的气体携带冷凝水进入色谱仪，进而影响色谱柱的使用寿命和氢气出峰峰形。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种燃料电池膜氢气透过率测试系统，可实现饱和湿度、不同温度测试条件下氢气浓度的实时在线监测。

本实用新型的技术方案如下：

一种燃料电池膜氢气透过率测试系统，包括气体渗透装置、加热罐系统和氢气浓度检测装置，其中，

气体渗透装置包括结构相同的2个半腔夹具，2个半腔夹具连接处设置密封胶圈，密封胶圈内平铺设置燃料电池膜，加热罐系统包括结构相同的左加热罐和右加热罐，左加热罐和右加热罐内均设置加热棒和热电偶，左加热罐和右加热罐分别管道连接至2个半腔夹具；