[发明专利]一种薄液层溶液控制装置及应用

说明书

本发明涉及一种薄液层溶液控制装置及应用，属于燃料电池电化学领域。一种薄液层溶液控制装置，所述装置由工作电极支撑部分、工作电极固定密封部分和用于承装溶液的玻璃容器构成，所述工作电极支撑部分由柱状导电芯部和套装在其上的绝缘套筒组成，所述绝缘套筒的轴向长度较导电芯部的轴向长度短；所述工作电极支撑部分整体贯穿玻璃容器的底板，所述电极固定密封部分使工作电极支撑部分固定在玻璃容器的底板中央部分。本发明所述控制装置可以适用于燃料电池关键零部件在常规溶液和薄液层溶液中的电化学测试，也适用于常规溶液和薄液层溶液中燃料电池关键零部件的微区电化学测试。

技术领域

本发明涉及一种薄液层溶液控制装置及应用，尤其涉及一种评价薄液层溶液中燃料电池关键零部件电化学性能的薄液层溶液控制装置，属于燃料电池电化学领域。

背景技术

燃料电池作为现代发展必不可少的动力来源，因其节能、高效、污染小的优点被各行各业大力使用，PEMFC作为燃料电池中重要的一员，可用于建设分布式电站、和移动电源，也是未来电动汽车的理想动力电源。膜电极和双极板是影响PEMFC性能的关键组件,也是质子交换膜燃料电池实现商业化的必要条件。

膜电极三合一组件(MEA)主要包括质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。质子交换膜的主要作用是导质子，催化剂则用于降低阴阳极氧化剂和燃料的活化能，提高反应速度。目前催化剂的使用主要是Pt基催化剂，但是Pt资源匮乏，稳定性差，容易中毒，限制了燃料电池的商业化。气体扩散层在电极中起着支撑催化层、稳定电极结构的作用，扩散层的多孔结构使反应气体能够均匀到达催化层。

尽管质子交换膜燃料电池已经在电动汽车中获得了大量的应用，与现有的燃油车和纯电动车相比，成本和寿命依然是燃料电池急需解决的关键问题之一，因而，国内外众多研究者对燃料电池双极板、膜、催化剂等关键材料进行了大量研究，也取得了显著的效果。上述关键材料的研究中，其性能指标的评价无外乎两种形式：1.组装成实际电池进行评价，2.利用离线装置模拟电池环境进行评价。前者虽能客观的反映关键材料在实际状态下的性能，但成本高，不可控因素多，实施较困难。后者多采用模拟电池环境，由于方便、快捷、成本低，成为燃料电池界比较公认的方法，并有相关标准供参考。无论是标准中提供的评价方法还是文献中普遍采用的模拟燃料电池环境中的研究方法，均采用将燃料电池关键部件完全浸泡入相应的模拟溶液中进行。燃料电池膜电极厚度约为500微米，双极板流场深度约400微米，这意味着从膜到任一双极板的距离一般都不会超过1毫米，即使燃料电池阴阳极反应气体都完全增湿，膜、双极板、催化层接触到液体的厚度也超过1毫米，即膜、双极板、催化剂等燃料电池的关键部件都处于薄液层环境下。采用关键部件全浸式模拟溶液测试方法进行评价时溶液厚度远远大于1毫米，属传统意义上溶液中进行的测试。传统溶液中发生的反应与薄液层中进行的反应存在很大差别，这将导致二者结果存在较大偏差。现阶段虽已有大量针对PEMFC的关键部件的研究，但这些研究都是在传统三电极电解池体系内进行，鲜少有从薄液层到常规溶液中燃料电池关键零部件测试装置及方法的报导。

发明内容

为研究真实工作环境(即薄液层下200微米到1000微米)下燃料电池关键零部件(如双极板、膜电极、催化剂和膜等)性能，本发明设计了一种简单、易操作、液层厚度可调节的燃料电池关键零部件薄液层测量装置及方法。

一种薄液层溶液控制装置，所述装置由工作电极支撑部分、工作电极固定密封部分和用于承装溶液的玻璃容器构成，

所述工作电极支撑部分由柱状导电芯部和套装在其上的绝缘套筒组成，所述绝缘套筒的轴向长度较导电芯部的轴向长度短；所述工作电极支撑部分整体贯穿玻璃容器的底板，所述电极固定密封部分使工作电极支撑部分固定在玻璃容器的底板中央部分。