一种燃料电池电位分布测试装置的制作方法

本发明属于电池，尤其涉及一种燃料电池电位分布测试装置。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池系统是一种十分高效的氢能转化装置，在电催化剂作用下，可以将蕴含在氢气和氧气中的化学能直接转化为电能，且产物只有水。整个转化过程为温和的电化学反应过程，不受热力学卡诺循环限制，其理论能量转化效率高达87％。在航空航天、潜艇、陆路交通运输和固定式发电站等各个领域都有着极其广泛的应用前景。质子交换膜燃料电池系统是一个“气-水-电-热-力”多参数强耦合的复杂系统，包括电堆、氢气子系统、空气子系统、冷却子系统和负载控制子系统。其中，电堆是上述电化学反应发生的核心场所，电堆一般由几十甚至上百片单电池构成，单电池由膜电极和边框构成。氢气在膜电极的阳极侧发生氧化反应，产生阳极电位，阳极电位可以反映膜电极阳极侧的性能和状态；氧气在膜电极的阴极侧发生还原反应，产生阴极电位，阴极电位可以反映膜电极阴极侧的性能和状态。理想状态下，膜电极阴/阳极不同位置的电位都呈现出均匀分布特性，不同位置发电能力、工作状态完全一致，这对于燃料电池系统控制、关键材料寿命、系统可靠性、耐久性十分有益。然而，在燃料电池实际运行工况下，由于膜电极面内气体分配不均匀、温度分布不均匀、水含量分布不均匀、结冰以及局部催化剂活性差异等因素，都将造成膜电极阴/阳极不同位置的电位分布不均匀，极易造成膜电极关键材料性能衰减甚至结构破坏，严重影响膜电极和电堆的耐久性和运行稳定性。同时，膜电极面内的电位分布变化直接反应了膜电极和电堆的运行状态。

2、相关技术将质子膜剪裁成小块状，将调制好的催化剂浆料均匀喷涂在该小块质子膜的上表面和下表面，喷涂区域一从质子膜一端边缘开始，跨过质子膜中线一部分；喷涂区域二从质子膜另一端边缘开始，跨过质子膜中线一部分。从而在质子膜上下表面形成催化层，质子膜作为固态电解质。然后将质子膜沿着含有催化剂部分的表面等分对折，将催化剂完全包含在对着区域内而不外漏，将两根铂丝末端分别放入对折区域内，作为反应发生电极，然后用热压机进行热压成型，构成器件。将上述压制成型的器件放置在燃料电池膜电极的活性区中，再次热压成型。将两根铂丝分别与直流电源的正负极连接，施加稳定电流，连接负极的铂丝表面发生析氢反应，连接正极的铂丝表面发生析氧反应。以析氢电极作为第二反应电极，设其电位为0v。采用电压检测设备，检测燃料电池阴极集流体和第二反应电极之间的电压，即可得到阴极电位。检测燃料电池阳极集流体和第二反应电极之间的电压，即可得到阳极电位。

3、上述方案采集的是集流体和第二反应电极之间的电压，集流体面积巨大，与整个阴极侧或者整个阳极侧接触，测试得到的是阴极平均电位和阳极平均电位，而无法得到阴极侧不同位置的电位分布，也无法得到阳极侧不同位置的电位分布。用到的第一反应电极器件制备过程复杂，需要喷涂、热压；第一反应电极器件布置到膜电极中需要再次热压，工艺繁琐，效率低下。

技术实现思路

1、本发明提供了一种燃料电池电位分布测试装置，可以解决无法得到阴极侧不同位置的电位分布，也无法得到阳极侧不同位置的电位分布的技术问题。

2、本发明提供的技术方案如下所示：

3、本发明实施例提供了一种燃料电池电位分布测试装置，所述装置包括：

4、膜电极，

5、位于所述膜电极上下表面的至少一个电位传感器组件；

6、所述电位传感器组件用于检测所述膜电极电位分布。

7、在一种可选的实施例中，所述电位传感器组件包括边框组件、检测电极组件和反应发生电极组件；

8、所述边框组件设置有所述检测电极组件和所述反应发生电极组件；

9、所述膜电极上下表面均设置有所述边框组件，所述膜电极和所述检测电极组件、所述反应发生电极组件贴合。

10、在一种可选的实施例中，所述反应发生电极组件包括：第一反应电极与第二反应电极；

11、所述第一反应电极设置在所述边框组件与所述膜电极贴合的一面，

12、所述第二反应电极设置在所述边框组件与所述膜电极贴合的另一面；

13、所述第一反应电极与所述第二反应电极在水平面的投影重合。

14、在一种可选的实施例中，所述检测电极组件包括第一检测电极与第二检测电极；

15、所述第一检测电极设置在所述边框组件与所述膜电极贴合的一面，

16、所述第二检测电极设置在所述边框组件与所述膜电极贴合的另一面；

17、所述第一检测电极与所述第二检测电极在水平面的投影重合。

18、在一种可选的实施例中，所述边框组件包括第一边框与第二边框，所述第一边框与所述第二边框相对设置；

19、所述第一边框与所述第二边框相对面的中心位置均设置有容纳槽；

20、所述容纳槽内设置有所述检测电极组件与所述反应发生电极组件。

21、在一种可选的实施例中，所述第一边框外侧设置有第一边耳，所述第二边框外侧设置有第二边耳，所述第一边耳与所述第二边耳的投影重合。

22、在一种可选的实施例中，所述第一边框包括相对贴合的第一子边框和第二子边框，所述第一子边框上表面设置有检测电极组件和发生反应电极组件，第一子边框与第二子边框外侧均设置有所述第一边耳；

23、所述第二边框包括相对贴合的第三子边框和第四子边框，所述第三子边框上表面设置有检测电极组件和发生反应电极组件；所述第三子边框和第四子边框外侧均设置有所述第二边耳。

24、在一种可选的实施例中，所述第二子边框的第一端设置有第一过孔，所述第二子边框外侧的第一边耳上设置有第一焊盘孔，所述检测电极组件以及所述反应发生电极组件通过所述第一过孔以及所述第一焊盘孔与外部器件连接；

25、所述第三子边框第一端具有第二过孔，所述第四子边框外侧的第二边耳上设置有第二焊盘孔，所述检测电极组件以及所述反应发生电极组件通过所述第二过孔以及所述第二焊盘孔与外部器件连接。

26、在一种可选的实施例中，所述第一子边框与所述第二子边框边中心具有第一连桥；

27、所述第三子边框与所述第四子边框中心具有第二连桥；

28、所述检测电极组件和反应发生电极组件位于所述第一连桥与所述第二连桥上。

29、在一种可选的实施例中，所述电位传感器组件还包括第二边框组件连接电路与第一边框组件连接电路；

30、所述第一边框组件连接电路包括第一导线、第二导线、第三导线、第一焊盘、第二焊盘以及第三焊盘，所述第一导线与第二导线的第一端电气连接后与第一反应电极连接，所述第一导线的第二端与所述第一焊盘连接，所述第二导线的第二端与所述第二焊盘连接，第三导线的第一端与第一检测电极连接，第二端与所述第三焊盘连接，第三导线与第一导线、第二导线绝缘；

31、所述第二边框组件连接电路包括第四导线、第五导线、第四焊盘与第五焊盘，所述第四导线的第一端与第二反应电极连接，第二端与第四焊盘连接；所述第五导线的第一端与第二检测电极连接，第二端与第五焊盘连接；第四导线与第五导线绝缘。

32、在一种可选的实施例中，所述膜电极包括质子膜，位于所述质子膜第一面的阴极催化层，位于所述质子膜第二面的阳极催化层，所述第一面与所述第二面相对。

33、本发明实施例提供的方法至少具有以下有益效果：

34、本发明实施例提供的测试装置，通过设置电位传感器组件，通过调整连桥和电位传感器组的数量、位置和布置形式，可以同时测试得到膜电极任意位置的阴极电位和阳极电位，电位测试范围大大提高；并且电位传感器组件相对位置固定，测试误差小、精度高，运行稳定；本发明可靠性高，反应发生电极位于膜电极活性区，有充足的水分子用于保持反应发生电极的稳定运行。