【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于氫燃料電池氣體膜電極及質(zhì)子交換膜測試，具體涉及一種燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置及其測試方法。
技術(shù)介紹
1、在實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的過程中，專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：
2、化石能源的大量消耗使能源短缺與環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。在當(dāng)前全球面臨能源轉(zhuǎn)型的形勢下，亟需發(fā)展與清潔能源相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)技術(shù)以降低化石能源在能源消費(fèi)中的占比，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的低碳化發(fā)展。極具潛力的新能源技術(shù)，如質(zhì)子交換膜燃料電池和全釩液流電池(vrfbs)的發(fā)展離不開對其中與能量轉(zhuǎn)換效率直接相關(guān)的核心部件——質(zhì)子交換膜(pems)的研究。
3、在燃料電池各關(guān)鍵部件制備、燃料電池裝配工藝、bop管路等材料中，往往會(huì)引入各種雜質(zhì)金屬離子，這些金屬離子對全氟磺酸的化學(xué)穩(wěn)定性有很大考驗(yàn)；另一方面在燃料電池運(yùn)行過程中，往往會(huì)發(fā)生兩電子反應(yīng)過程，會(huì)產(chǎn)生自由基，自由基在金屬離子的催化作用下會(huì)對全氟磺酸有較大的攻擊性。燃料電池引入的金屬離子雜質(zhì)、副反應(yīng)產(chǎn)生的自由基會(huì)對全氟磺酸樹脂的支鏈進(jìn)行攻擊，進(jìn)而導(dǎo)致全氟磺酸分解，催化層三相界面損失，質(zhì)子交換膜老化，發(fā)生氣體滲透，導(dǎo)致燃料電池產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，性能下降，甚至發(fā)生燒堆的風(fēng)險(xiǎn)。
4、現(xiàn)有的質(zhì)子交換膜的化學(xué)耐久性研究往往都采用浸泡h2o2或者fenton試劑。該化學(xué)加速老化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫目疾熨|(zhì)子交換膜的化學(xué)穩(wěn)定性，但并不能很好的模擬電池的運(yùn)行環(huán)境、質(zhì)子膜的狀態(tài)。并且并未給催化層的耐久性提出新的衰減方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1
2、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、一種燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，具有：
4、相互配合的底板和蓋板；
5、工件定位區(qū)，設(shè)置在所述底板和蓋板上，所述工件定位區(qū)能夠定位并封裝待測樣品。
6、所述底板的外周設(shè)有邊框，所述邊框與蓋板之間密封連接。
7、所述邊框上設(shè)有一系列的定位孔，所述邊框上通過定位孔和連接螺栓與蓋板連接。
8、上述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：
9、1)配制待測溶液；
10、2)將待測樣品封裝好后裝入上述測試裝置的夾具中；
11、3)配制koh溶液；
12、4)連接整個(gè)裝置，并進(jìn)行檢漏；
13、5)通入氣體，激活待測樣品；
14、6)將配制好的待測溶液加入測試裝置，將收集溶液的裝置替換為koh溶液，開始測試；
15、7)稱量收集水的質(zhì)量，計(jì)算f-離子；
16、8)取出待測樣品，對樣品進(jìn)行進(jìn)一步表征分析。
17、上述第1)步中，配制特定濃度的待測溶液，溶液為h2o2、fenton溶液、al2(so4)3、fe2(so4)3、cuso4、mg2so4、cr2(so4)3或niso4，如果考察的是金屬元素，其陰離子團(tuán)選擇so42-。
18、上述第2)步中，夾具材質(zhì)中不含金屬元素雜質(zhì)，待測樣品包括pem、ccm或gde。
19、上述第4)步中，先用純水置于增濕部和冷凝部裝置之中，連接整個(gè)裝置，并進(jìn)行檢漏；設(shè)置保溫帶溫度為110℃，保證蒸汽在管路中沒有冷凝，設(shè)置特定的待測溶液溫度。
20、上述第5)步中，通入氣體，持續(xù)通入的時(shí)間分別為16h，以激活待測樣品并能試跑；氣體流量和面積相關(guān)聯(lián)，氣體流量為0.01～0.5slpm/cm2，氣體為非活潑氣體。
21、上述第6)步中，持續(xù)通入氣體16h后，將配制好的待測溶液加入測試裝置，將收集溶液的裝置替換為koh溶液，并檢漏；通入氣體，持續(xù)通入的時(shí)間為10～500h；氣體流量和面積相關(guān)聯(lián)，氣體流量為0.01～0.5slpm/cm2，氣體非活潑氣體；并且每24h更換一次待測溶液和koh溶液。
22、上述第7)步中，稱量收集水的質(zhì)量，利用離子色譜法測量截留的氫氧化鉀溶液中的氟離子濃度，計(jì)算得出釋放的f-離子。
23、pemfcs主要由作為其核心部分的膜電極(mea，包括氣體擴(kuò)散層，催化劑層和pems)與雙極板組成。工作時(shí)，氫氣在陽極上失去電子變?yōu)橘|(zhì)子，穿過pem與陰極的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水。作為膜電極核心材料，質(zhì)子交換膜應(yīng)當(dāng)具備以下作用：(1)高質(zhì)子電導(dǎo)率，高效傳輸質(zhì)子，推動(dòng)陰陽極反應(yīng)進(jìn)行；(2)低材料滲透率，防止燃料滲透導(dǎo)致能量密度下降，防止氫氧混合造成衰減；(3)良好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度穩(wěn)定性；(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在自由基攻擊下能夠保持穩(wěn)定性；(7)低廉的價(jià)格。
24、主流質(zhì)子交換膜主要是由全氟磺酸樹脂(pfsa)澆筑eptfe構(gòu)成。pfsa是由四氟乙烯單體與與全氟磺酰氟烯醚單體共聚而成。c-f鍵較高的鍵能使得基于碳氟骨架的pfsa膜具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與機(jī)械性能。含氟側(cè)鏈的強(qiáng)吸電子效應(yīng)對負(fù)電荷的穩(wěn)定作用使得連接于側(cè)鏈末端的磺酸基團(tuán)(-so3h)在水中易于解離，pfsa具有極強(qiáng)的酸性(pka約為-5.5--6)，利于質(zhì)子傳導(dǎo)。親疏水極性差異較大的組分通過共價(jià)鍵相連的分子結(jié)構(gòu)使pfsa可以自組裝形成微相分離結(jié)構(gòu)。得益于獨(dú)特的化學(xué)組成與微相分離結(jié)構(gòu)，pfsa具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性。pfsa樹脂不僅僅應(yīng)用于膜的制備，還用于催化層中三相界面的構(gòu)成，催化劑的粘結(jié)，水汽傳輸通道的建立。
25、上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果，解決金屬離子、自由基對質(zhì)子交換膜、樹脂化學(xué)老化測試的問題。能夠很好的模擬實(shí)際衰減情況。同樣的厚度、透氣系數(shù)測試結(jié)果類似，很好的反應(yīng)了實(shí)際衰減情況。
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1.一種燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，其特征在于，具有：
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，其特征在于，所述底板的外周設(shè)有邊框，所述邊框與蓋板之間密封連接。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，其特征在于，所述邊框上設(shè)有一系列的定位孔，所述邊框上通過定位孔和連接螺栓與蓋板連接。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第1)步中，配制特定濃度的待測溶液，溶液為H2O2、Fenton溶液、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、CuSO4、Mg2SO4、Cr2(SO4)3或NiSO4，如果考察的是金屬元素，其陰離子團(tuán)選擇SO42-。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第2)步中，夾具材質(zhì)中不含金屬元素雜質(zhì)，，待測樣
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第4)步中，先用純水置于增濕部和冷凝部裝置之中，連接整個(gè)裝置，并進(jìn)行檢漏；設(shè)置保溫帶溫度為110℃，保證蒸汽在管路中沒有冷凝，設(shè)置特定的待測溶液溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第5)步中，通入氣體，持續(xù)通入的時(shí)間分別為16h，以激活待測樣品并能試跑；氣體流量和面積相關(guān)聯(lián)，氣體流量為0.01～0.5slpm/cm2，氣體為非活潑氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第6)步中，持續(xù)通入氣體16h后，將配制好的待測溶液加入測試裝置，將收集溶液的裝置替換為KOH溶液，并檢漏；通入氣體，持續(xù)通入的時(shí)間為10～500h；氣體流量和面積相關(guān)聯(lián)，氣體流量為0.01～0.5slpm/cm2，氣體非活潑氣體；并且每24h更換一次待測溶液和KOH溶液。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第7)步中，稱量收集水的質(zhì)量，利用離子色譜法測量截留的氫氧化鉀溶液中的氟離子濃度，計(jì)算得出釋放的F離子。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，其特征在于，具有：
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，其特征在于，所述底板的外周設(shè)有邊框，所述邊框與蓋板之間密封連接。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置，其特征在于，所述邊框上設(shè)有一系列的定位孔，所述邊框上通過定位孔和連接螺栓與蓋板連接。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第1)步中，配制特定濃度的待測溶液，溶液為h2o2、fenton溶液、al2(so4)3、fe2(so4)3、cuso4、mg2so4、cr2(so4)3或niso4，如果考察的是金屬元素，其陰離子團(tuán)選擇so42-。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池催化層及質(zhì)子膜化學(xué)衰減加速老化測試裝置的測試方法，其特征在于，上述第2)步中，夾具材質(zhì)中不含金屬元素雜質(zhì)，，待測樣品包括pem、ccm或gde。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池催化層及...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳海平，潘陳兵，程鵬，陳大華，沈新龍，潘立升，王艷，
申請(專利權(quán))人：安徽瑞氫動(dòng)力科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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