[发明专利]用于评估燃料电池催化剂氧还原活性的气体电极装置

说明书

本发明公开了一种用于评估燃料电池催化剂氧还原活性的气体电极装置，包括罐体和膜电极，所述膜电极设于罐体内，且膜电极将罐体分隔为左腔体和右腔体；左腔体内依次配置有柱体和流场板/集流器，柱体的内端面与流场板/集流器的一侧紧贴，柱体内分别开设有进气通道和排气通道，进气通道与流场板/集流器的进气口连通，排气通道与流场板/集流器的排气口连通；流场板/集流器的另一侧与膜电极的气体传输层侧紧贴；所述流场板/集流器的上方安装有工作电极；所述右腔体内填充有高氯酸溶液，高氯酸溶液内设有参比电极和对电极。本发明的有益效果为：增加了气体传输的过程，避免了催化剂与液体电解质的直接接触，实验更加接近实际情况，测试结果准确。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种用于评估燃料电池催化剂氧还原活性的气体电极装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种能量转换装置，其通过电化学反应将存储在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。PEMFC作为一种绿色环保的新型能源，在全世界范围内引起了广泛的关注。早在50年代初，由杜邦(Du Pont)公司率先研制出了Nafion膜并组装成质子交换膜燃料电池，此后燃料电池的寿命大大延长。1993年，巴拉德电力系统公司成功研制出了第一台燃料电池公交车，使得PEMFC成为交通能源中强有力的竞争者。从长远来看，其拥有的高效率，高功率密度，污染和噪音小，低排放和低工作温度等特性优于传统内燃机。

对于任何产品的研发来说，表征手段都极为重要。目前对PEMFC催化剂性能的表征手段主要有两种，分别是旋转圆盘电极(RDE)测量和直接测量单电池，其中直接测量单电池的方式需配合测试台使用，耗时长，成本高。旋转圆盘电极测量有很多优点：(1)只需非常少量的催化剂；(2)测试方案和分析手段已经十分完善；(3)测试台成本不高；但是也存在些许不足，如RDE的催化剂环境与实际燃料电池催化剂环境不同，例如其只能在稀酸和低温下测试。此外，反应气体是通过溶解在液体电解质中参与反应的，其浓度受溶解度限制，导致反应速率较低。单电池测试极限电流一般能达到2500mA/cm²甚至更高，而旋转圆盘电极测试只能达到6mA/cm²左右。

因此，有必要对PEMFC催化剂性能的表征技术进行深度研究。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种方便快捷、成本低的用于评估燃料电池催化剂氧还原活性的气体电极装置。

本发明采用的技术方案为：一种用于评估燃料电池催化剂氧还原活性的气体电极装置，包括罐体和膜电极，所述膜电极设于罐体内，且膜电极将罐体分隔为左腔体和右腔体；所述左腔体内依次配置有柱体和流场板/集流器，柱体的内端面与流场板/集流器的一侧紧贴，柱体内分别开设有进气通道和排气通道，进气通道与流场板/集流器的进气口连通，排气通道与流场板/集流器的排气口连通；流场板/集流器的另一侧与膜电极的气体传输层侧紧贴；所述流场板/集流器的上方安装有工作电极；所述右腔体内填充有高氯酸溶液，高氯酸溶液内设有参比电极和对电极。

按上述方案，在高氯酸溶液与膜电极的质子交换膜侧之间设有垫片.

按上述方案，所述垫片采用氟橡胶材料制成。

按上述方案，所述柱体的外端面通过螺栓压紧。

按上述方案，所述罐体及柱体均分别采用聚四氟乙烯材料制成。

按上述方案，所述流场板/集流器为石墨板，其上设有平行流道。

按上述方案，所述参比电极采用可逆氢电极。

按上述方案，对电极采用铂黑对电极。