[发明专利]质子膜非线性溶胀的测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种质子膜非线性溶胀的测量装置及方法，包括覆膜环、紧固环、测距探针及支架；所述支架设置在所述测距探针上，所述覆膜环设置在所述支架上，待测质子膜夹设在所述覆膜环和所述紧固环之间；所述覆膜环用于支撑待测质子膜，所述紧固环用于固定待测质子膜，所述测距探针用于测量待测质子膜的膜溶胀位移和受力，所述支架用于固定连接所述覆膜环和所述测距探针。本发明针对燃料电池中的实际环境特征，模拟在不均匀润湿或有外力限制的情况下质子膜的溶胀行为，测量相应参数。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地，涉及一种质子膜非线性溶胀的测量装置及方法。

背景技术

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的重要组成部分。其主要作用是将在阳极形成的质子传输至阴极，使质子在阴极的铂表面完成电化学反应；同时也起到隔绝氢气和氧气的作用。质子交换膜是一种全氟磺酸聚合物膜，它的机械强度、吸水率、溶胀率、电导率的性质都会直接影响其在燃料电池中的性能表现。因此，对质子膜进行全面、准确的性质表征，是合理使用质子膜的技术基础。

就质子膜的溶胀率测量而言，目前，主要的评价方法是测量质子膜在长度、宽度、厚度三个方向的溶胀。但是在实际的使用环境中，质子膜的溶胀被双极板及扩散层的形状所束缚，并不是向长宽厚三个方向的自由线性延伸，而是在受力不均的位点出现了不同的形变，例如局部褶皱或鼓泡，即非线性的溶胀。同时，由于在电池运行过程中，液态水并不会均匀凝结，因此在液态水较多的部位，膜的溶胀程度更大，同样会引起非线性的溶胀。但是这些局部的、非线性的溶胀无法用在现有的方法进行测量。为了评价质子膜在燃料电池应用中的溶胀行为，需要设计更为贴近实际溶胀情况的测量方法。

公开号为CN110988480A的专利文献公开了一种测量质子交换膜膜厚方向电导率装置及方法，属于燃料电池测试装置技术领域，包括绝缘基座，绝缘基座上设有支撑框架，支撑框架上方设有挡板，挡板中心设有直线轴承，针型电极轴在直线轴承约束下垂直于绝缘基座运动，所述针型电极挡板上方的顶端设有砝码台，所述针型电极挡板下方的底部设有锥形电极，所述锥形电极下方绝缘基座上设有透压板，所述透压板下方绝缘基座上设有圆柱电极，所述圆柱电极和透压板之间铺设有质子传导膜，所述锥型电极可在透压板上方垂直上下移动对质子传导膜进行紧固。但是该专利文献不涉及对质子膜溶胀的测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种质子膜非线性溶胀的测量装置及方法。

根据本发明提供的一种质子膜非线性溶胀的测量装置，包括覆膜环、紧固环、测距探针及支架；

所述支架设置在所述测距探针上，所述覆膜环设置在所述支架上，待测质子膜夹设在所述覆膜环和所述紧固环之间；

所述覆膜环用于支撑待测质子膜，所述紧固环用于固定待测质子膜，所述测距探针用于测量待测质子膜的膜溶胀位移和受力，所述支架用于固定连接所述覆膜环和所述测距探针。

优选的，所述支架包括第一支架和第二支架；

所述第一支架和所述第二支架分别连接设置在所述测距探针的两侧，所述第一支架远离所述测距探针的一端连接设置在所述覆膜环上，所述第二支架远离所述测距探针的一端连接设置在所述覆膜环上。

优选的，所述测距探针针头为弧形。

本发明还提供一种基于上述的质子膜非线性溶胀的测量装置的测量方法，包括如步骤：

步骤1：进行质子膜的拉伸强度测试，得到拉伸位移与受力关系曲线，选定测量时所用的受力值；

步骤2：将待测质子膜在真空高温条件下充分干燥；

步骤3：调整测距探针，使测距探针针头与覆膜环的表面平齐，测距探针位移示数归零，再将干燥后的待测质子膜覆在覆膜环的表面，覆膜后在覆膜环的外圈加装紧固环，固定待测质子膜；