[发明专利]一种有序电极的氧传质阻力测试方法

说明书

本发明涉及一种有序电极的氧传质阻力测试方法。该方法首先通过磁控溅射制备有序电极，制备成膜电极后，通过优化测试条件测试其在不同氧气浓度下的极限电流密度，根据测得的极限电流密度计算氧气传质阻力。此方法成功的测出低铂有序电极制备成MEA后其内部氧气传质阻力，对于研究低铂有序电极氧传输具有重大意义。尤其适用于质子交换膜燃料电池领域低铂有序电极氧气传质阻力的测试。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种有序电极的氧传质阻力测试方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其操作温度低，功率密度高，启动快，对负载变化响应快，在最近几年备受关注。然而，这项技术目前也存在一些制约其发展的技术和经济方面的难题，如大量使用贵金属催化剂导致成本过高、使用寿命不够长等。目前，有大量文献报道了对于低铂有序电极的研究，主要目的在于降低质子交换膜燃料电池的成本，然而低铂有序电极在氢空条件下很难达到较好的性能，这与其局部氧传出有关，氧气真正到达铂的表面存在阻力，而这个阻力在低铂下表现的尤为突出，这成为低铂有序电极研究的难点之一。目前对于低铂有序电极氧气传输的研究仅仅是通过测试极化曲线进行定性分析，而如果能测试出其在不同极限电流密度下的氧气传质阻力则能对低铂有序电极内部氧传质阻力进行定量分析。这对于低铂有序电极内部氧气传输的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有序电极的氧传质阻力测试方法，该方法首先通过磁控溅射制备有序电极，制备成MEA后，通过优化测试条件测试其在不同氧气浓度下的极限电流密度，根据测得的极限电流计算氧气传质阻力，此方法成功的测出低铂有序电极其内部氧气传质阻力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

提供一种有序电极的氧传质阻力测试方法，包括以下步骤：

(a)利用磁控溅射技术在GDL(气体扩散层)上直接溅射Pt制备有序电极作为阴极然后制备膜电极(MEA)；

(b)将膜电极(MEA)置于单电池夹具中，并装上燃料电池测试台进行测试；

(c)设置电池工作温度，工作背压，阴阳极气流量，阴阳极加湿度；

(d)阳极通入氢气，阴极通入氮氧混合气，设置阴极气体的氧气浓度为6％～7％，电流从0开始缓慢增加，直到电压出现急剧下降，记录此时的电流密度即极限电流密度；

(e)逐渐增加氧气浓度，并重复步骤(d)的操作，得到不同氧气浓度下的极限电流密度值；

(f)基于上述测得的极限电流密度值计算氧气传质阻力。

进一步的，步骤(a)中，磁控溅射制备的有序电极为低铂有序电极，其Pt载量为0.02～0.1mg/cm²。

进一步的，步骤(b)中单电池夹具选用流道有效尺寸为2*1cm²的直形流场；单电池的组装压缩率为15％～25％。

进一步的，步骤(c)中测试条件为电池工作温度60～80℃，阴阳极气流量为1.5～2.0L/min，气体背压为50～200KPa。

进一步的，步骤(c)中阴阳极加湿度设置为50％～60％。

进一步的，步骤(e)中，氧气浓度范围为6％～49％。氧气浓度低，电池性能低，极限电流密度难以观测。氧气浓度高，高电流密度下电压难以稳定，测试困难。因此最终确定的氧气浓度范围为6％～49％。

进一步的，步骤(e)中，逐渐增加氧气浓度为8、12、16、21、25、30、35、40、45、49％。

进一步的，在给定的氧气浓度下从零开始缓慢增加电流，电压开始下降，当电压下降到0.1～0.2V时，此时电压难以稳定并急剧下降至零，记录此时的电流密度即为极限电流密度。