一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置

本发明涉及一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置，属于燃料电池和电解器检测。

背景技术：

1、随着化石燃料的加速消耗，以及co2等温室气体的排放日益增多，人们开始更加迫切的追求高效且可持续的清洁能源利用方式。燃料电池通过电化学反应直接将化学能转化为电能，其不受卡诺循环限制，转化效率高，排放较少，清洁且高效。电解器通过电化学反应将电能以化学能的形式进行存储，随取随用。特别地，以co2作为原料的电解器件，可以将co2转化为增值化学品，同时还能消耗大量的温室气体，不仅可持续，还能够减少温室气体，改善自然界的环境。燃料电池和电解器的工作原理都是基于电化学反应，且器件的构成也类似。要设计高效的燃料电池和电解器，关键在于构建高效的电化学反应，这需要在分子层面对电化学反应具备深入的理解。分子光谱，如红外光谱，能够在分子层面深入认识电化学反应。然而，由于燃料电池和电解器的结构和工作环境比较复杂，催化剂被层层包裹在燃料电池和电解器中，红外光无法入射进去，因此目前的红外光谱检测仅能在简单的非工况模拟条件下进行，无法在燃料电池或电解器的工况条件下进行红外光谱检测。

技术实现思路

1、本发明提供了一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置，可以有效解决上述问题。

2、本发明是这样实现的：

3、一种工况器件层面红外光谱检测装置，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中；所述红外窗片流场为红外透射材料制成；所述红外窗片流场上设置有流道。

4、作为进一步改进的，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽的卡接处进行密封处理。

5、作为进一步改进的，所述红外透射材料选自si、caf2、baf2、znse、ge或金刚石中的一种或几种。

6、作为进一步改进的，所述流道选自蛇形流道、直通流道、平行流道、交指流道、点状流道、螺旋流道、仿生流道或复合流道中的一种或几种。

7、作为进一步改进的，所述流道的深度为0.1-2mm。

8、一种工况器件层面红外光谱检测方法，应用上述的工况器件层面红外光谱检测装置，包括以下步骤：以所述工况器件层面红外光谱检测装置的膜电极为燃料电池或电解器的电极，运行燃料电池或电解器，将红外光谱仪的红外光对着所述所述红外窗片流场，在工况条件下进行红外光谱检测。

9、本发明的有益效果是：

10、本发明的工况器件层面红外光谱检测装置中，所述红外窗片流场为红外透射材料制成，红外光可以穿过红外窗片检测膜电极上的催化层，通过收集全反射的隐失波来获得电化学反应过程中的分子信息实现红外光谱的检测；同时，所述红外窗片流场上设置有流道，所述流道用于气体传输，形成气相，从而与催化剂(固相)、聚合物电解质(液相)共同构成固液气三相反应界面的实际工况条件，实现在燃料电池或电解器的工况条件下进行红外光谱检测，为工况条件下的反应过程、反应机制和生成机理的研究提供了研究方法。

技术特征：

1.一种工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中；所述红外窗片流场为红外透射材料制成；所述红外窗片流场上设置有流道。

2.根据权利要求1所述的工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽的卡接处进行密封处理。

3.根据权利要求1所述的工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，所述红外透射材料选自si、caf2、baf2、znse、ge或金刚石中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，所述流道选自蛇形流道、直通流道、平行流道、交指流道、点状流道、螺旋流道、仿生流道或复合流道中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，所述流道的深度为0.1-2mm。

6.一种工况器件层面红外光谱检测方法，其特征在于，应用权利要求1至5任一项所述的工况器件层面红外光谱检测装置，包括以下步骤：以所述工况器件层面红外光谱检测装置的膜电极为燃料电池或电解器的电极，运行燃料电池或电解器，将红外光谱仪的红外光对着所述所述红外窗片流场，在工况条件下进行红外光谱检测。

技术总结
本发明提供一种工况器件层面红外光谱检测装置，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中；所述红外窗片流场为红外透射材料制成；所述红外窗片流场上设置有流道。该装置可以实现燃料电池或电解器在工况条件下进行红外光谱检测。

技术研发人员：叶进裕,邱春禹,王宇成,周志有,孙世刚
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12