[发明专利]一种测量电流分布的质子交换膜燃料电池分式端板结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池电极结构，特别涉及一种用于在线监测质子交换膜燃料电池电流分布的分块端板结构。

背景技术

燃料电池是21世纪全新的高效、节能、环境友好的发电方式之一，它能将燃科和氧化剂中的化学能直接转化为电能，不受卡诺循环限制.能量转换效率高，对环境无污染。在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)有着广阔的应用前景，它具有低温启动，无电解质腐蚀与泄漏.结构简单、操作方便等优点；其中大功率的质子交换膜燃料电池已被公认为电动汽车、区域性电站、移动式电源、潜艇、航天器等的首选能源。然而车用质子交换膜燃料电池的寿命一直是困扰其商业化的主要因素，因此必须了解燃料电池内部反应和状态变化情况，对燃料电池进行结构改进，提高燃料电池的寿命和可靠性。

在大功率PEMFC需求中，燃料电池需要高电流输出。这势必要求燃料电池单体具有很大的面积，以减少并联的燃料电池组的个数.从而利于降低成本，便于电池组管理。但是，相同操作和工艺条件下，单体面积越大，电流密度的分布越不易均匀，电池的性能下降就越多。这是由于大面积单电池易产生电流密度分布不均所造成的。电极各处电流密度分布不均匀将导致反应物及催化剂利用率低，液态水在阴极的累积会导致电极“水淹”现象，增大扩散层、催化层的传质阻力同时使电解质膜局部溶涨，降低电池效率，甚至引起电池内部腐蚀或出现反极现象，缩短电池寿命。同时当局部工作电流密度过高时，若电池排热系统不能及时将产生的过量废热排出，将引起电极局部温度升高，出现热点，质子交换膜将会熔化击穿，最终导致燃料和氧化剂的混合，在电催化剂的引发下必将产生燃烧与爆炸。因此非常有必要对质子交换膜燃料电池电流密度分布进行研究，是解决保证大面积质子交换膜燃料电池(PEMFC)单体放大过程中电流密度均匀分布的基础，在此基础上可进而研究消除电池放大时的性能衰减措施，提高燃料电池寿命，加速燃料电池商业化进程。

国内外学者已经提出了很多PEM单池和电池组电流密度分布测试法。这些方法各具优缺点，如采用部分MEA方法测试电流密度分布不需要对电池结构作任何处理，易于实现，但分辨率低，实验数据相对误差较大，不能实现对电池的实时控制。目前测定电流密度分布实验方法主要针对流场/集流板进行处理，将流场或集流板分块保证相互绝缘，相应的电极也作块处理或不作调整，从而得到相对独立的若干分块电池。但是目前这种电池分块方法仍有以下技术缺陷：

(1)对燃料电池温度有一定要求，实际中采用分块集流板电池时，无法精确的控制电池温度，使燃料电池电流分布的测试结构易受温度分布不均的影响。

(2)对燃料电池紧固装配要求比较高，必须达到使分块集流板与电极上每个区域受到基本一致的紧固力。然而实际操作中往往会出现某个区域受到的紧固力较小，而某个区域受到的紧固力较大，而导致燃料电池电极与集流板接触电阻太大，或者导致极板变形和MEA碎裂。

(3)燃料电池装配的随机性较高，可重复操作性较差，与真实电池流场的相似度较差。

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测量燃料电池内部电流的结构紧凑的燃料电池分式端板结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测量电流分布的质子交换膜燃料电池分式端板结构，包括绝缘母板和n个子集流块，n≥2的正整数，所述绝缘母板上设置有凹槽，子集流块镶嵌于绝缘母板的凹槽内，镶嵌了子集流块的绝缘母板的一侧表面整体铣平后，雕刻有正常的反应气流场；

所述子集流块上设置有垂直穿过绝缘母板的导电金属集流棒；穿过绝缘母板的集流棒的一端与质子交换膜燃料电池的电流输出导线相连，导线上设置有电流互感元件。

于所述绝缘母板的另一侧设置有增强背板，增强背板与子集流块分别位于绝缘母板的两侧；子集流块通过在集流棒穿过绝缘母板的一端加装螺帽拉紧固定；在集流棒穿过绝缘母板的对应处的增强背板上开孔，在此开孔处集流棒与电流输出导线相连。

于安装增强背板的一侧绝缘母板上设置有定位突起，于增强背板上相对应的设有定位孔，定位突起与定位孔相配合组装，增强背板通过螺钉紧固于绝缘母板上。

于所述穿过绝缘母板的一段集流棒上设置有径向通孔，且在通孔的二侧设置有密封沟槽，密封沟槽内设置有密封槽O型密封圈；

于绝缘母板的侧壁上设置有贯穿绝缘母板相对两侧边的通孔，集流棒从绝缘母板的通孔中穿过；

利用该端板组装成电池，镶嵌子集流块的绝缘母板同时作为端板、流场板、集流板以及冷却板使用。

所述集流棒上设置径向通孔为缩径结构，通孔为2个或2个以上，且通孔分为二组相互垂直设置；