[发明专利]燃料电池内部温度-电流密度联测传感器

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池内部参数测量领域，涉及燃料电池内部局部电流密度和温度的测量，特别涉及一种燃料电池内部温度-电流密度联测传感器。

背景技术

燃料电池作为一种将化学能直接转换为电能的能量转换装置，具有能量密度高，无污染，低噪声等特点，受到了世界各国研究人员的普遍关注。燃料电池的电化学反应主要集中在膜电极上，电化学反应速率的快慢决定着燃料电池性能的高低，而其又受到多种因素的影响，如反应气体的浓度、流量，电池内部的温度、湿度等。

燃料电池的局部电流密度，能够反映出多种因素的影响，如燃料电池内部电阻、温度、反应气体的流量等，通过局部电流密度的研究有助于了解燃料电池内部的传热传质现象，并为燃料电池的结构优化提供理论依据。

目前，针对局部电流密度的研究方法主要有：子电池法、局部膜电极法、磁环组法等，传统的测量方法大多需要对燃料电池极板或流场板进行分割或特殊改造，如切割流场板或插入铜棒等，不仅制作复杂，而且容易造成燃料电池的性能降低，同时，传统方法只能单独测量局部的电流密度，很难与温度的测量结合，而温度这一参数是影响燃料电池性能的重要参数之一，是燃料电池研究关注的重点。

本发明将温度测量和电流密度的测量方法相结合，使一个传感器测头实现了同步在线测量燃料电池内部温度和电流密度的功能，无需对燃料电池的结构进行特殊改造；该传感器体积小，响应时间快、测量精度高，可方便的对燃料电池内的单点或多点的电流密度和温度进行同步测量而不影响燃料电池的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能同步对燃料电池内部的电流密度和温度进行监测的传感器。该发明不需要对燃料电池的极板和流场板进行特殊改造，结构简单，制作方便，在燃料电池流场板上的布置位置灵活，可直接测量燃料电池内部的电流密度和温度。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：燃料电池内部温度-电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板1、温度-电流密度联测传感器4、引线5，在燃料电池流场板1上设有流道2和脊3，温度-电流密度联测传感器4设置在燃料电池流场板1两相邻流道2之间的脊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，另一端延伸至燃料电池流场板1的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板1上布置有温度-电流密度联测传感器4的面朝向燃料电池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为采用真空蒸发镀膜方法在脊3上蒸镀的六层薄膜：第一层为厚0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层12，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层12上厚为0.1-0.12μm的薄膜热电偶铜镀层13，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层12上厚为0.1-0.12μm的薄膜热电偶镍镀层14；所述薄膜热电偶铜镀层13和薄膜热电偶镍镀层14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25，首端为薄膜热电偶接线引出端24；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15，第五层为在二氧化硅保护层15上方蒸镀的厚为1.5-2.0μm的电流密度测量铜镀层16，第六层为在电流密度测量铜镀层16上方蒸镀的厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层17；所述电流密度测量铜镀层16和电流密度测量金镀层17构成了电流密度测量金属镀层26，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端27。

所述薄膜热电偶接线引出端24和电流密度测量金属镀层接线引出端27均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层12的同一侧。