[发明专利]燃料电池内部温度-湿度-热流密度联测传感器

摘要

本发明公开的燃料电池内部温度-湿度-热流密度联测传感器，属于燃料电池内部参数测量领域，其温度-湿度-热流密度联测传感器主要采用真空蒸发镀膜方法制作，包括八层薄膜：首层为二氧化硅绝缘层，第二层为下电极铝镀层，第三层涂覆高分子聚合物感湿介质，第四层蒸镀上电极铝镀层，第五、六层分别蒸镀铜镀层和镍镀层，第七层为二氧化硅保护层，第八层为二氧化硅厚热阻层。温度-湿度-热流密度联测传感器布置在燃料电池流场板的脊上，引线一端与温度-湿度-热流密度联测传感器相连另一端延伸至流场板的边缘。本发明可实现燃料电池内部温度、湿度和热流密度的同步测量，无需对燃料电池流场板等结构进行特殊改造。

主权项

燃料电池内部温度‑湿度‑热流密度联测传感器，包括燃料电池流场板(1)、温度‑湿度‑热流密度联测传感器(4)、引线(5)，在燃料电池流场板(1)上设有流道(2)和脊(3)，温度‑湿度‑热流密度联测传感器(4)设置在燃料电池流场板(1)两相邻流道(2)之间的脊(3)上，引线(5)的一端与温度‑湿度‑热流密度联测传感器(4)的接线引出端相接，另一端延伸至燃料电池流场板(1)的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板(1)上布置有温度‑湿度‑热流密度联测传感器(4)的面朝向燃料电池膜电极侧并与之紧密接触；其特征在于：所述温度‑湿度‑热流密度联测传感器(4)包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和薄膜热流计测热流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括八层薄膜：第一层为蒸镀在燃料电池流场板(1)两相邻流道(2)之间的脊(3)上的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅绝缘层(14)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的下电极铝镀层(15)，第三层为在下电极铝镀层(15)上方涂覆一层厚为0.5‑1μm的高分子聚合物感湿介质层(16)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层(16)上方蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的上电极铝镀层(17)；所述上电极铝镀层(17)、高分子聚合物感湿介质层(16)和下电极铝镀层(15)构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端(35)，其中上电极铝镀层(17)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的铜镀层(18)，第六层为在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的镍镀层(19)；所述铜镀层(18)同时包括薄膜热电偶铜镀层和薄膜热流计铜镀层；所述镍镀层(19)同时包括薄膜热电偶镍镀层和薄膜热流计镍镀层；所述薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶热端结点(30)，首端为薄膜热电偶接线引出端(31)；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状分别为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(32)和薄膜热流计下结点(33)，首端为薄膜热流计接线引出端(34)；第七层为在先前镀层的基础上蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(20)，第八层为在薄膜热流计上结点(32)所对应二氧化硅镀层的上方蒸镀一层厚为1.2‑2.0μm的二氧化硅厚热阻层(21)；所述薄膜热电偶接线引出端(31)、薄膜热流计接线引出端(34)和湿敏电容接线引出端(35)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(14)的同一侧。温度‑湿度‑热流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一(22)、步骤二(23)、步骤三(24)、步骤四(25)、步骤五(26)、步骤六(27)、步骤七(28)、步骤八(29)；具体而言，步骤一(22)，在燃料电池流场板(1)的脊(3)上根据二氧化硅绝缘层掩膜(6)蒸镀一层二氧化硅绝缘层(14)；步骤二(23)，在二氧化硅绝缘层(14)上根据下电极铝镀层掩膜(7)蒸镀一层下电极铝镀层(15)；步骤三(24)，根据高分子聚合物感湿介质层掩膜(8)在下电极铝镀层(15)上方涂覆一层高分子聚合物感湿介质层(16)；步骤四(25)，在高分子聚合物感湿介质层(16)的上方根据上电极铝镀层掩膜(9)蒸镀一层上电极铝镀层(17)；步骤五(26)，根据铜镀层掩膜(10)在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀一层铜镀层(18)；步骤六(27)，根据镍镀层掩膜(11)在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀一层镍镀层(19)；步骤七(28)，在所镀铜镀层(18)、镍镀层(19)和上电极铝镀层(17)的上方根据二氧化硅保护层掩膜(12)蒸镀一层二氧化硅保护层(20)，其即作为薄膜热电偶和湿敏电容上电极的保护层，又作为薄膜热流计的薄热阻层；步骤八(29)，在薄膜热流计上结点(32)所对应的二氧化硅镀层上方根据二氧化硅厚热阻层掩膜(13)蒸镀一层二氧化硅厚热阻层(21)；由以上步骤构成温度‑湿度‑热流密度联测传感器，外接测量电路和数据采集设备即可实现对燃料电池内部温度、湿度和热流密度的同步测量。