[发明专利]一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置及计算方法

权利要求书

1.一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置，包括燃料进料装置、温度调节装置、反应物回收测量装置和电子负载，待测燃料电池电堆与所述燃料进料装置连接，所述电子负载与燃料电池电堆电连接，所述温度调节装置与燃料电池电堆连接；其特征在于：所述反应物回收测量装置包括引流管、体积测量装置和浓度测量装置，引流管一端与电堆阳极出口相连接，另一端连接体积测量装置和浓度测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置，其特征在于：所述燃料进料装置包括供液装置和供气装置，所述供液装置连接燃料电池电堆的阳极进口，供气装置连接燃料电池电堆阴极进口。

3.根据权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置，其特征在于：所述供液装置包括甲醇溶液储液罐和液泵；所述供气装置包括气源和流量控制器。

4.根据权利要求1或3所述的一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置，其特征在于：所述温度调节装置包括加热装置、继电器和温控表；所述加热装置与继电器、温控表电连接，安装于电堆上。

5.根据权利要求4所述的一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置，其特征在于：所述加热装置为加热片或加热棒。

6.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置，其特征在于：所述浓度测量装置为气相色谱仪。

7.一种直接甲醇燃料电池电流效率计算方法，其特征在于实用权利要求1-6任一项所述直接甲醇燃料电池效率测试装置并按照如下步骤进行：

S1.直接甲醇燃料电池系统总效率计算式的推导；根据定义直接甲醇燃料电池总效率η为系统生成的电能与消耗的甲醇燃料所具备的能量的比值，计算式为：

η＝W_电/Q_甲醇

其中：W_电为系统生成的电能；

Q_甲醇为消耗的甲醇燃料中的化学能，计算式为：

Q_甲醇＝-ΔH*(c₀*v*t-c₁*V₁)

其中：ΔH为标况下甲醇氧化反应的焓变，为已知数据；

c₀为阳极进料口甲醇溶液浓度，为已知数据；

v为阳极进料口甲醇溶液的流速，为已知数据；

t为进料时间，为已知数据；

c₁为阳极出口甲醇溶液的浓度；

V₁进料时间t内阳极出口收集到的甲醇溶液的体积；

S11通过电子负载测试系统测得W_电；

S12通过气相色谱测得c₁并计算Q_甲醇；

S13计算直接甲醇燃料电池系统总效率η

S2.计算各单项效率；

S21.热力学效率η_热，基本计算式为：η_热＝ΔG/ΔH；

其中，ΔH为电池反应在标况下的焓变；

ΔG为电池反应吉布斯自由能，可以得到计算式：

ΔG＝-n*E*F

其中，n为每摩尔甲醇反应所迁移的电子数；

F为法拉第常数；

E为燃料电池工作条件下的可逆电动势，可根据能斯特方程求得；

热力学效率η_热的计最终算式为：

η_热＝-n*E*F/ΔH

将各数据代入计算；

S22.电压效率η_电压，计算式为η_电压＝V/E，

其中V为燃料电池实际工作电压；V通过电子负载测试系统可以得到，

E为燃料电池工作条件下的可逆电动势，在S21步骤中得到；

将各数据代入计算；

S23.BOP效率η_BOP，在测试单电池或电堆效率的过程中，测试仪器包括电子负载测试系统、温度传感器均通过外部供电，不存在单电池或电堆内耗，η_BOP为100％；

S24.电流效率η_电流，根据η＝η_热*η_电压*η_电流*η_BOP；

其中直接甲醇燃料电池系统总效率η由S1步骤计算得到，热力学效率η_热、电压效率η_电压、BOP效率η_BOP通过S21、S22、S23步骤得到，将各数据代入计算式η＝η_热*η_电压*η_电流*η_BOP得到η_电流。

8.根据权利要求7所述一种直接甲醇燃料电池效率计算方法，其特征在于：所述可逆电动势E略微受温度影响，波动范围小，热力学效率η_热基本不变。