[发明专利]燃料电池内部热流密度-电流密度联测传感器

摘要

本发明公开了一种燃料电池内部热流密度-电流密度联测传感器，其是在燃料电池流场板上采用真空蒸发镀膜方法制作热流密度-电流密度联测传感器来实现燃料电池内部热流密度和电流密度的同步测量。热流密度-电流密度联测传感器是由蒸镀的七层薄膜构成：第一层为二氧化硅绝缘层，第二、三层为薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层，第四层为二氧化硅保护层，第五层为二氧化硅厚热阻层，第六、七层为电流密度测量铜镀层和电流密度测量金镀层。本发明具有结构简单，制作方便等优点，适用于各种流道形状的燃料电池流场板，能对燃料电池内部单一位置或多个位置的电流密度和热流密度进行同步测量。

主权项

燃料电池内部热流密度‑电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板(1)、热流密度‑电流密度联测传感器(4)、引线(5)，在燃料电池流场板(1)上设有流道(2)和脊(3)，热流密度‑电流密度联测传感器(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)的一端与热流密度‑电流密度联测传感器(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)上布置有热流密度‑电流密度联测传感器(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：所述热流密度‑电流密度联测传感器(4)为采用真空蒸发镀膜方法在脊(3)上蒸镀的七层薄膜：第一层为厚0.08‑0.12μm的二氧化硅绝缘层(13)，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(13)上厚为0.1‑0.12μm的薄膜热流计铜镀层(14)，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(13)上厚为0.1‑0.12μm的薄膜热流计镍镀层(15)；所述薄膜热流计铜镀层(14)和薄膜热流计镍镀层(15)的形状分别为相互平行的四边形，且首尾相互搭接，搭接处构成薄膜热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(27)和薄膜热流计下结点(28)，首端为薄膜热流计接线引出端(29)；第四层为在薄膜热流计铜镀层(14)和薄膜热流计镍镀层(15)上方蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(16)，第五层为在薄膜热流计上结点(27)所对应的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为1.2‑2.0μm的二氧化硅厚热阻层(17)，第六层为在先前镀层基础上蒸镀的一层厚为1.5‑2μm的电流密度测量铜镀层(18)，第七层为在电流密度测量铜镀层(18)上方蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的电流密度测量金镀层(19)；所述电流密度测量铜镀层(18)和电流密度测量金镀层(19)相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层(30)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(31)；所述薄膜热流计接线引出端(29)和电流密度测量金属镀层接线引出端(31)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(13)的同一侧。热流密度‑电流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一(20)、步骤二(21)、步骤三(22)、步骤四(23)、步骤五(24)、步骤六(25)、步骤七(26)；具体而言，步骤一(20)，根据二氧化硅绝缘层掩膜(6)在燃料电池流场板(1)两相邻流道(2)之间的脊(3)上蒸镀一层二氧化硅绝缘层(13)，以使热流密度‑电流密度联测传感器的金属镀层与燃料电池流场板绝缘；步骤二(21)，根据薄膜热流计铜镀层掩膜(7)在二氧化硅绝缘层(13)上蒸镀一层薄膜热流计铜镀层(14)；步骤三(22)，在二氧化硅绝缘层(13)上根据薄膜热流计镍镀层掩膜(8)蒸镀一层薄膜热流计镍镀层(15)；步骤四(23)，在薄膜热流计铜镀层(14)和薄膜热流计镍镀层(15)的上方根据二氧化硅保护层掩膜(9)蒸镀一层二氧化硅保护层(16)，其即作为薄膜热流计的保护层，又作为其薄热阻层；步骤五(24)，在薄膜热流计上结点(27)所对应的二氧化硅镀层上方根据二氧化硅厚热阻层掩膜(10)蒸镀一层二氧化硅厚热阻层(17)；步骤六(25)，根据电流密度测量铜镀层掩膜(11)在先前步骤五的基础上蒸镀一层电流密度测量铜镀层(18)；步骤七(26)，在电流密度测量铜镀层(18)上方根据电流密度测量金镀层掩膜(12)蒸镀一层电流密度测量金镀层(19)；由以上步骤构成热流密度‑电流密度联测传感器，外接测量电路和数据采集设备即可实现对燃料电池内部热流密度和电流密度的同步测量。