[发明专利]一种温湿度可控的电导率测试装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于膜的电导率测试领域，具体的说涉及一种温湿度可控的电导率测试装置；

本发明还涉及上述电导率测试装置的操作方法。

背景技术

当前世界面临的能源和环境问题日益突出，作为一种将化学能直接转化成电能的清洁能源，燃料电池越来越受到人们的关注。聚合物电解质膜作为燃料电池中重要的组成部分成为人们研究的重点。离子传导率作为表征聚合物电解质膜性能的一个重要参数，不仅能够在一定程度上反映离子在膜中的传导机理、膜的一些其他性能，而且能够直接反映出聚合物电解质膜在燃料电池中应用的潜力以及聚合物电解质膜对燃料电池性能的影响。为了能够准确地、实效地测试膜的电导率，研究工作者们致力于探究电导率的测试方法及其测试装置，不断地完善对离子交换膜电导率的测试。目前，交流阻抗法是离子交换膜电导率最常用的测量技术，它是一种以小振幅的正弦电位（或电流）为扰动信号的电化学测量方法。

专利200410029759.9公开了一种燃料电池质子交换膜横向导电率的测试方法与装置，其特征在于测量时采用四电极或三电极体系，工作电极和辅助电极使用碳电极，参比电极使用饱和甘汞电极，碳电极加载测试电流，参比电极测试响应电压。测量时用稀硫酸作为电解液。这种质子交换膜电导率的测试是在室温下进行的，不能测量膜在高温下（>100℃）的导离子性能。专利200910162521.6公开了一种质子交换膜高温电导率的测试装置和方法，其特征在于用此装置可以测量质子交换膜在高于室温并且在150℃以下的温度以及饱和湿度下的电导率，特别是可以测量质子交换膜在100℃以上、饱和湿度下的电导率。这种方法虽然能够在高温的环境下测试膜的电导率，但是不能测试膜在不同湿度下的电导率，不能考察膜的电导率与湿度之间的关系。

电解质膜的电导率不仅跟温度有关，同时湿度对电解质膜的性能的影响也是很明显的，尤其是在高温的条件下，因为膜的失水会引起离子传导阻力的增加，从而降低了膜传导离子的能力，并进一步表现为膜的电导率减小，所以在一定温度下，湿度的大小将直接影响到膜电导率的大小。

因此，急需温湿度可控的电导率测试装置及可实现不同温湿度条件下对电解质膜进行电导率测试的方法。

发明内容

为实现上述内容，本发明采用如下温湿度可控的电导率测试装置来实现，本发明同时提供了该温湿度可控的电导率测试装置的操作方法。

一种温湿度可控的电导率测试装置，包括电导率测试室和电化学工作站；

所述电导率测试室为一密闭容器；所述电导率测试室内部固定有电极夹具；所述电极夹具用于固定三电极和待测电解质膜；

电极夹具为二个平行叠放设置的平板，待测电解质膜置于二个平板之间，于二个平板相向设置的一侧表面上分别对应设有三个用于放置电极的凹槽，于二个平板之间形成三个平行、相互间隔的电极的容置孔，三个电极分别放置于容置孔内；

所述三电极分别通过导线与电化学工作站相连，测定待测电解质膜的阻抗，进而可获得待测电解质膜的电导率；

于电导率测试室上部设有用于测量电导率测试室内部湿度的湿度传感器，湿度传感器通过导线与湿度显示器相连；

于电导率测试室上部设有第一气体进口、气体出口和第二气体进口；

增湿控湿部件为一增湿罐，于增湿罐下部设有电加热元件，于增湿罐上部设有气体出口和气体进口，于增湿罐内部设有用于测量增湿罐内水温度的热电耦，热电耦通过导线与温度显示器相连；

增湿罐的气体出口与电导率测试室的第二气体进口通过管路相连；

增湿罐的气体进口与三通阀的一个出口相连，电导率测试室的第一气体进口与三通阀的第二个出口相连，三通阀的入口经气体流量控制器与气体气源相连；气体流量控制器通过导线与流量显示仪相连。

所述电极夹具由第一极板和第二极板组成；所述待测电解质膜置于所述第一极板和第二极板之间；所述第一极板和第二极板相对侧对应设置有三个平行的浅槽，用于固定所述三电极；

所述三电极分别作为工作电极、参比电极和对电极；且工作电极与对电极之间的平行距离大于工作电极与参比电极之间的平行距离。

所述电导率测试装置包括一气体流量控制部件和一三通阀；所述气体流量控制部件的气体出口通过气体管路与所述三通阀的第一端口相连通；所述三通阀的第二端口通过气体管路与所述电导率测试室相连通；所述三通阀的第三端口通过气体管路与所述增湿控湿部件的气体进口相连通；

当所述三通阀的第一端口与第二端口相连通时，所述电导率测试室内通入干气；