[发明专利]燃料电池内部温度-电流密度分布测量插片

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池内部温度-电流密度分布测量插片，属于燃料电池检测技术领域。

背景技术

燃料电池中的电化学反应集中在膜电极上，由于燃料电池结构设计和运行工况选取的不同，导致膜电极上电化学反应速率并不均匀，这对燃料电池的性能有很大的影响。燃料电池内部温度和电流密度分布的均匀性能够反映出膜电极表面电化学反应的均匀程度，通过对其测量，可以为优化燃料电池结构设计和选取最佳运行工况提供依据。

对于温度的测量，其传统方法主要是将微型温度传感器、热电偶或热电阻埋入燃料电池的流道中，或与燃料电池的膜电极热压为一体，这些方法不仅加工制作困难，而且测温元件的植入也破坏了燃料电池整体结构的气密性，甚至降低了膜电极的活性面积，进而影响到了燃料电池的性能；电流密度测量的主要方法有子电池法、局部膜电极法、磁环组法等，这些方法大多需要对燃料电池的极板或流场板进行加工改造或分割膜电极组件，加工难度大、工艺复杂、制作成本高。而对燃料电池内部的参数进行逐一测量，无疑增加了测量工作的复杂程度和工作量，同时对燃料电池性能的稳定也有很大的影响，因此制作能够同步测量燃料电池内部多种参数分布的测量装置是很有必要的。

本发明的燃料电池内部温度-电流密度分布测量插片能够实现同步在线测量燃料电池内部温度和电流密度的分布情况，简化了燃料电池内部温度和电流密度分布测量的方法；该发明独立于被测燃料电池，不需要对被测燃料电池的结构进行特殊改造，减少了对燃料电池的多次拆装，从而降低了由于多参数分布测量而带来的成本增高和工作量增加，也减少了对燃料电池性能的破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能同步在线测量燃料电池内部温度和电流密度分布的测量装置。该装置可作为独立构件安装于燃料电池内部，结构简单，制作方便，无需对燃料电池内部结构进行特殊改造，简化了燃料电池内部温度和电流密度同步分布测量的步骤。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为燃料电池内部温度-电流密度分布测量插片，该测量插片包括导电基片1、漏缝2、筋3、温度-电流密度联测传感器4、引线5、定位孔7；所述漏缝2、筋3设置在导电基片1上，筋3位于两相邻漏缝2之间，漏缝2和筋3的形状和尺寸分别与燃料电池流场板上流道和脊的形状和尺寸相同，漏缝2和筋3的位置分别与燃料电池流场板流道和脊相对应；所述温度-电流密度联测传感器4设置在筋3上；引线5的一端与温度-电流密度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至导电基片1的边缘并放大形成引脚6；定位孔7对称、均匀设置在导电基片1四周，用以将导电基片1固定在燃料电池流场板上；燃料电池组装时，温度-电流密度分布测量插片布置在燃料电池流场板与膜电极中间，其设置有温度-电流密度联测传感器4的面朝向膜电极侧并与之紧密接触。

所述温度-电流密度联测传感器4采用真空蒸发镀膜方法在筋3上蒸镀六层薄膜：第一层为在筋3上蒸镀一层厚为0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层14；第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层14上厚为0.1-0.12μm的薄膜热电偶铜镀层15；第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层14上厚为0.1-0.12μm的薄膜热电偶镍镀层16；所述薄膜热电偶铜镀层15和薄膜热电偶镍镀层16的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶热端结点27，首端为薄膜热电偶接线引出端26；第四层为在薄膜热电偶金属镀层上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层17；第五层为在二氧化硅保护层17上方蒸镀的厚为1.5-2.0μm的电流密度测量铜镀层18；第六层为在电流密度测量铜镀层18上方蒸镀的厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层19；所述电流密度测量铜镀层18和电流密度测量金镀层19相互重叠，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端29。

所述薄膜热电偶接线引出端26和电流密度测量金属镀层接线引出端29均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层14的同一侧。

所述导电基片1的形状可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形。

所述导电基片1上漏缝2的形状可为蛇形漏缝、平行漏缝、孔状漏缝、交错型漏缝。

所述温度-电流密度联测传感器4中由铜和镍组成的薄膜热电偶金属镀层材料还可以选用钨和镍、铜和钴、钼和镍、锑和钴替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代。

所述温度-电流密度联测传感器4中薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可以为椭圆形、弧形、波浪形、菱形以及不规则形状，相互搭接后的形状可为弧形、波浪形、锯齿形。