[发明专利]提高燃料电池分区电化学阻抗谱测量准确度的装置及方法

说明书

本发明涉及一种提高燃料电池分区电化学阻抗谱测量准确度的装置及方法，包括直流电源、用于测定燃料电池阻抗的电化学工作站、电路负载以及用于将阳极流场选择性连接电化学工作站或电路负载的PCB单元，直流电源的正极分别与电化学工作站的对电极、燃料电池的阴极流场以及电路负载的A端连接，直流电源的负极分别与电化学工作站的工作电极及PCB单元连接，PCB单元的一端与燃料电池的阳极流场连接，另一端选择性的与电化学工作站的工作电极或电路负载的B端连接。与现有技术相比，本发明通过并联一个直流电源，从而使得燃料电池即使没有接通负载也能保证其有一定的电流，不会变为开路状态，保证测试过程中电流分布仍然一致，使结果更准确。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种提高燃料电池分区电化学阻抗谱测量准确度的装置及方法。

背景技术

电化学阻抗谱是研究质子交换膜燃料电池的有效方法，通过将燃料电池看为一个黑箱系统，测定其频域响应并利用等效电路元件的电化学含义，可以分析整个电池的运转状态，如电极过程动力学、双电层和扩散以及电极材料、固体电解质、导电高分子、腐蚀防护机理等。

然而在燃料电池内部，不同区域的反应是有差别的，而局部电化学阻抗谱(LocalEIS)则可以帮助研究者了解电池内部某部分区域的反应状况。这个技术通过应用印刷电路板来实现，它对燃料电池运行工况的影响是很小的。

EIS实验一般在电池运行工况下测定。在运行过程中，电池与负载连接，电池内部发生反应的区域会产生电流。在传统的局部电化学阻抗谱测定设备中，测定某一个区域的EIS时，该区域会与负载断开，导致该区域的电流变为0，相当于开路；或者若该分区不断开连接，可能会导致测试结果不能代表该分区实际情况。这样在测定时就不能达到要求的测试工况，会影响整个电池的电流密度分布以及各个区域氢气氧气反应等，最后测试的结果也就不准确。

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提高燃料电池分区电化学阻抗谱测量准确度的装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种提高燃料电池分区电化学阻抗谱测量准确度的装置，待测的所述燃料电池包括依次叠加的阴极流场、膜电极和阳极流场，该装置包括直流电源、用于测定燃料电池阻抗的电化学工作站、电路负载以及用于将阳极流场选择性连接电化学工作站或电路负载的PCB单元，所述电化学工作站包括参比电极、对电极和工作电极，所述直流电源的正极分别与电化学工作站的对电极、燃料电池的阴极流场以及电路负载的A端连接，所述直流电源的负极分别与电化学工作站的工作电极及PCB单元连接，所述PCB单元的一端与燃料电池的阳极流场连接，另一端选择性的与电化学工作站的工作电极或电路负载的B端连接。本发明通过并联一个直流电源，从而使得燃料电池即使没有接通负载也能保证其有一定的电流，不会变为开路状态，保证测试过程中电流分布仍然一致，使结果更准确。

所述燃料电池的阳极流场被均分成多个独立的测试分区和多个普通分区。

所述的PCB单元包括多个单刀双掷开关、多个普通开关和多个电流传感器，所述单刀双掷开关的a接线端与测试分区连接，单刀双掷开关的b接线端与电化学工作站的工作电极连接，单刀双掷开关的c接线端与电路负载连接，且在所述c接线端与电路负载的连接线上设置一电流传感器，所述普通分区与电路负载连接，并在普通分区与电路负载的连接线上设置一电流传感器，所述普通分区通过普通开关与电化学工作站的工作电极连接。

当测量某一测试分区的电化学阻抗谱时，将该待测测试分区对应的单刀双掷开关的开关拨至b接线端使待测测试分区与电化学工作站的工作电极连接，其余测试分区对应的单刀双掷开关的开关拨至c接线端，所述普通开关断开；

当测量燃料电池整体电化学阻抗谱时，所有测试分区对应的单刀双掷开关的开关拨至c接线端，所述普通开关接通。

所述电化学工作站的参比电极与待测测试分区连接。