[发明专利]燃料电池的电化学特性评估装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的电化学特性评估装置，本发明可针对需要高温环境的燃料电池的性能评估作业而使燃料电池的周围温度维持在高温，使歧管紧固接合面的压力维持一固定值，为燃料电池的电化学特性评估作业提供最佳环境，确保评估结果数据的准确性与可靠性。

背景技术

燃料电池是一种可以把氢与氧的化学能转换成电能的电化学装置，燃料通过电化学的形态进行反应而产生电流，在上述过程也会同时产生热量，因此可以高效率地发电，由于有害气体的排放量较少而减轻了公害问题，是一种颇受欢迎的高效率绿色能量转换装置。

上述燃料电池的基本构造包括：燃料极，作为燃料的氢进行反应后分解成阳离子与电子；氧极，通过电解质移过来的阳离子与氧进行反应后产生水；以及电解质，由燃料极生成的阳离子的移动。燃料极与氧极包括：催化剂层，可以引起电化学反应；气体扩散层(GDL，gas diffusion layer)，使反应气体分散到催化剂上；以及气体通道，导引气体移动。分离板(BP，bipolar plate)的作用是电极，也是一种允许所生成的电子进行移动的集电板，气体通道位于该分离板上，气体通过歧管分散到各CELL、各通道。

上述燃料电池根据发电温度与燃料形态而分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)等。其中，熔融碳酸盐型燃料电池与固体氧化物型燃料电池由于发电温度大于500℃而可以在较高温度发电。

为了制作出效率更高的燃料电池，在燃料电池的电极上连接电负荷，对于根据供应给燃料电池的燃料或催化剂的种类、供应量、温度及压力等变量而变化的输出电量进行分析，为了针对上述变量而设定出最佳反应条件，需要通过电化学特性评估装置进行性能评估过程。

然而，现有的电化学特性评估装置没有考虑到根据燃料电池的种类而存在差异的特性，只在形式上的、千篇一律的条件下针对所有的燃料电池进行评估，因此无法确保评估结果的准确性与可靠性。

例如，熔融碳酸盐型燃料电池与固体氧化物型燃料电池的发电温度高于500℃，是一种发电温度较高的电池，因此需要在上述燃料电池的电化学特性评估过程中维持周围温度的高温状态。然而，目前还没有可以针对上述高温型燃料电池的评估作业而调节并维持适当温度的评估装置。

上述熔融碳酸盐型燃料电池及固体氧化物型燃料电池需要在高温状态下供应氢、氧或包含该元素的混合气体，而且需要避免所供应的上述气体在测定区(cell)的内部互相混合，因此通过各自独立的歧管供应。然而，一般金属在200℃到1000℃之间的高温会出现氧化反应，因此很难在燃料电池与歧管接合面之间维持一定压力，接合面也会泄漏气体。目前也还没有可以妥善地克服上述问题的评估装置。

发明内容

为了解决现有燃料电池的电化学特性评估装置的上述问题，本发明的目的是提供一种具有下列优点的燃料电池的电化学特性评估装置，可以设定出适合评估熔融碳酸盐型燃料电池或固体氧化物型燃料电池等高温型燃料电池的特性的最佳环境，使周围温度维持在高温，使燃料电池与歧管紧固接合面之间维持一定压力，确保评估结果的准确性与可靠性，还可以随着环境条件的变化而获得相应的性能特性资料，进一步设定出燃料电池的最佳工作环境。

为了实现上述目的，本发明燃料电池的电化学特性评估装置包括：电炉，其内部可以容纳作为评估对象的燃料电池，得到供电后发热而提高燃料电池的周围温度；加压机制，可以对收容在上述电炉内部的燃料电池施加预先设定的固定压力；以及控制单元，控制上述评估装置的整体动作。

上述电炉包括：机壳，其内部形成了可以容纳作为评估对象的燃料电池的一定空间；电热器，安装在上述机壳的内墙，接受外部的电源并发热；以及隔热层，位于上述机壳与电热器之间，可以防止电热器生成的热量流失到外部。

上述电热器是康泰尔(Kanthal)电线埋入式加热器。

上述电炉另外安装了可以实时检测电炉内部温度的温度传感器，上述温度传感器所检测到的电炉内部的温度信息信号将反馈给上述控制单元，控制单元根据上述反馈信号而为电热器供应电源或切断电源，从而使电炉内部的温度一直维持一定值。

上述加压机制包括：安装单元，从下方支持燃料电池；加压单元，从上方对置放在上述安装单元上的燃料电池施加压力；以及加压驱动单元，驱使上述加压单元沿着上下方向进行升降运动。

上述安装单元包括：固定板，其上部直接置放燃料电池并且从下方给予支持；下固定轴，从下方支持上述固定板；以及底板，其上方结合在上述下固定轴的尾端，其下方固定紧固在上述电炉底部，支持上述下固定轴与固定板。