[发明专利]一种测定质子交换膜燃料电池阳极体积的装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种测定质子交换膜燃料电池阳极体积的装置及使用方法。

置景技术

燃料电池是将燃料的化学能直接转换成电能的装置。燃料电池具有效率高、无污染、重量轻等优点，被称为21世纪的绿色环保能源，极具发展潜力和应用前景。燃料电池的主要构成组件为：电极、电解质隔膜与集电器等。质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用一种薄的聚合物作为电解质，可在低温工作，且具有较高的功率密度，所以在应用上很具吸引力。

燃料电池的电极是燃料发生氧化反应与还原剂发生还原反应的电化学反应场所，其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。电极分为阳极和阴极，厚度一般为200～500mm；其结构与一般电池平板电极的不同之处在于燃料电池的电极为多孔结构。之所以设计成多孔结构的主要原因是燃料电池所使用的燃料及氧化剂大多为气体(例如氧气、氢气等)，而气体在电解质中的溶解度并不高，为了提高燃料电池的实际工作电流密度与降低极化作用，发展出多孔结构的电极，以增加参与氧化还原反应的电极表面积。目前，质子交换膜燃料电池阳极体积的测定在燃料电池的工作性能分析研究中具有重要意义。然而，质子交换膜燃料电池的阳极一般都设计成多孔结构，这无疑会增加准确测定电池阳极体积的难度。同时，现阶段针对质子交换膜燃料电池阳极体积测定的研究工作，鲜有文献报道。

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定质子交换膜燃料电池阳极体积的装置及使用方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种测定质子交换膜燃料电池阳极体积的装置，该装置包括泵气机、压力计、待测燃料电池阳极、阀门、导管、量杯及水槽，所述的泵气机通过导管依次连接压力计、待测燃料电池阳极及阀门，所述的水槽中盛有去离子水，所述的量杯垂直倒置于水槽中，调整量杯浸没于去离子水的垂直高度，使去离子水完全充满量杯，并将量杯固定住，所述的导管的末端通过水槽中的去离子水伸入至量杯中。

采用上述装置测定质子交换膜燃料电池阳极体积，具体步骤如下：

A.充气阶段：接通泵气机电源，通过泵气机向待测燃料电池阳极内注入空气5～10min，关闭电源，待压力计读数稳定后，记录读数为p₁；

B.放气阶段：打开阀门，待测燃料电池阳极内空气经导管进入量杯中，待压力计读数稳定后，记录读数为p₂，并分别标记量杯和水槽中去离子水的液面位置；

C.测量计算：根据步骤B中标记的去离子水(7)液面位置计算出量杯(6)内外液面的高度差为h，并测量计算出量杯(6)的横截面面积为s，根据公式p₁V＝p₂(V+h·s)可得：

从而计算出待测燃料电池阳极的体积，

其中：V为待求阳极体积，p1为充气阶段结束时压力计(2)读数稳定后的压力计读数，p2为放气阶段结束时压力计(2)读数稳定后的压力计读数，h为根据步骤B中标记的去离子水(7)液面位置计算出的量杯(6)内外液面的高度差，s为量杯(6)的横截面面积。

为减小测量误差，重复上述测量步骤，对测量计算出的V取平均值。

与现有技术相比，采用本发明装置测定质子交换膜燃料电池阳极体积所得结果误差小，装置简单，操作方便，具有较好的实用性。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图中标记说明：

1-泵气机、2-压力计、3-PEMFC阳极、4-阀门、5-导管、6-量杯、7-液面、8-水槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种测定质子交换膜燃料电池阳极体积的装置，该装置包括泵气机1、压力计2、待测燃料电池阳极3、阀门4、导管5、量杯6及水槽8，所述的泵气机1通过导管5依次连接压力计2、待测燃料电池阳极3及阀门4，所述的水槽8中盛有去离子水7，所述的量杯6垂直倒置于水槽8中，调整量杯6浸没于去离子水7的垂直高度，使去离子水7完全充满量杯6，并将量杯6固定住，所述的导管5的末端通过水槽8中的去离子水7伸入至量杯6中。

采用上述装置测定质子交换膜燃料电池阳极体积，具体步骤如下：

A.充气阶段：接通泵气机1电源，通过泵气机1向待测燃料电池阳极3内注入空气5～10min，关闭电源，待压力计2读数稳定后，记录读数为p₁；