雙極板材料氣密性的測試方法及其專用夾具的製作方法
2023-05-23 16:14:06
專利名稱：雙極板材料氣密性的測試方法及其專用夾具的製作方法
技術領域：
本發明涉及材料氣密性的測試方法，具體地說是一種質子交換膜燃料電池的雙極板材料氣密性的測試方法，此外，本發明還涉及該方法所採用的一種專用夾具。
背景技術：
質子交換膜燃料電池是一種通過燃料和氧化劑的電化學反應產生電能的裝置。該裝置的核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，由兩張多孔性的導電材料和夾在中間的一片質子交換膜組成。在質子交換膜與導電材料(如碳紙)的界面上附著有電化學催化劑。質子交換膜燃料電池的另一重要部件是雙極板。雙極板上含有可供氣體(如氫氣或空氣)流通的通道和冷卻劑(如空氣或水)流通的通道。雙極板具有氣體流通道的一面與膜電極接觸，並與膜電極共同形成一個相對密封的空間。
當氫氣由燃料電池堆的氫氣入口進入雙極板與膜電極形成的空間後，透過多孔性的導電材料(如碳紙)到達催化劑的表面。在催化劑的作用下，氫氣發生電化學反應，氫原子失去電子成為正離子(質子)。電子通過多孔性的導電材料(如碳紙)和導電雙極板到達用電器，再通過導電雙極板和多孔性的導電材料(如碳紙)到達膜電極另一側的催化劑表面。在催化劑的作用下，電子與透過多孔性的導電材料(如碳紙)到達催化劑表面的氧化劑(如氧氣)和通過質子交換膜到達催化劑表面的質子發生電化學反應，生成反應產物。
在質子交換膜燃料電池中，膜電極的兩邊是雙極板。雙極板的表面至少含有一條氣體導流槽，導流槽為參加電極反應的氣體提供了到達膜電極的通道。在反應中產生的反應產物(如水)通過氣體導流槽排出電堆。冷卻介質(如空氣或水)流經雙極板中的冷卻通道，將反應中產生的熱量帶出電堆。雙極板由導電材料經過模壓、衝壓或機械雕刻而成，為電子的流通提供了通道。雙極板具有一定的強度，為膜電極提供了支撐。雙極板具有一定的氣密性，雙極板、膜電極以及雙極板與膜電極之間的密封材料把參加反應的燃料和氧化劑分開。
雙極板的氣密性對質子交換膜燃料電池非常關鍵。雙極板一方面阻止燃料和氧化劑在燃料電池堆中發生混合，另一方面阻止氫燃料從燃料電池堆中洩露到外部。在質子交換膜燃料電池中，燃料和氧化劑是在不同的反應區域中進行反應的。若燃料和氧化劑在燃料電池堆中發生混合，則反應中的電子交換不通過外部的用電器，燃料電池的效率就會降低。燃料和氧化劑混合時的反應速度無法控制，可在短時間內釋放大量的熱量，引發燃燒或爆炸。若燃料洩露到燃料電池的外部，則不但會降低燃料電池的效率，而且一旦燃料在外界局部範圍內濃度達到爆炸極限時，就會發生爆炸。
在現有的燃料電池製作工藝中，雙極板的氣密性是在燃料電池堆組裝前進行測試的。這在一定程度上控制了燃料電池堆的質量，但是存在著以下缺陷(1)若發現是由於雙極板材料造成的氣密性不好而導致雙極板無法使用，則所有已生產的雙極板都不能使用，損失比較大，且無法補救。
(2)在一定氣體壓力下測試的雙極板所組裝成的電堆，無法保證在另一不同的氣體壓力下仍具有很好的氣密性。
發明內容
1、發明目的本發明的目的是為了克服上述的缺陷而提供的一種質子交換膜燃料電池雙極板材料氣密性的測試方法，此外，本發明還提供了該方法所採用的專用夾具。
發明內容
本發明是通過以下技術方案實現上述目的一種雙極板材料氣密性的測試方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)使用待測試的雙極板材料製成具有同樣形狀和尺寸的平板，由於在測試雙極板材料的特性時，需要試驗大量不同的材料，將不同的材料製成同樣形狀和尺寸的平板不僅方便試驗，也使測試數據的對比更客觀準確，(2)根據平板的結構形狀製備一副夾具，該夾具對應平板的一側設有氣流通道，另一側設有測試通道；(3)使用夾具夾緊平板；(4)在夾具的氣流通道注入壓力範圍在0.01-0.5MPa的測試氣體，測試氣體可以是空氣、氮氣、氧氣或氫氣，這些都是燃料電池堆測試時常用的氣體；(5)在夾具的測試通道使用氣體流量計測量逸出氣體的流速，根據流速的不同確定雙極板材料的氣密性能。
根據製造不同型號雙極板的需要，不同批次的測試用平板，其形狀可以是圓形或多邊形，厚度可以是0.1-10mm之間。
一種測試雙極板材料氣密性的專用夾具，它包括上夾板和下夾板，在上夾板和下夾板上對應待測試的平板的邊緣設置密封條，在上夾板上設有氣流通道，在下夾板上設有測試通道。在上夾板和下夾板上設置密封條，是用於防止測試氣體從平板的邊緣洩漏，測試時，利用上、下夾板將平板夾緊，在氣流通道中注入測試氣體，在測試通道中使用氣體流量計測量逸出氣體的流速。
3、有益效果本發明與現有技術相比具有以下優點(1)無需將雙極板材料加工成雙極板成品後再測試其氣密性能，因雙極板製造成本很高且廢品很難回收，所以有效降低了成本；(2)不同的材料都製成同樣形狀尺寸的平板進行測試，不僅使測試更方便，也使測試數據的對比更客觀準確；(3)不同批次的測試平板可以根據需要製成不同的形狀和厚度以適應測試要求；(4)注入的測試氣體的壓力可以在0.01-0.5MPa的很大範圍內調節，以適應不同工作壓力下雙極板材料的氣密性測試要求，相對與現有雙極板必須製成成品並在固定的壓力下進行測試，提高了測試數據的準確性；(5)實現該方法的專用夾具結構簡單，使用方便。
四
圖1本發明中專用夾具的結構示意圖。
五具體實施例方式
實施例1一種雙極板材料氣密性的測試方法，該方法包括以下步驟(1)使用待測試的雙極板材料製成形狀是圓形，厚度是5mm的同樣一批平板；(2)根據平板的結構形狀製備一副夾具，該夾具對應平板的一側設有氣流通道，另一側設有測試通道；(3)使用夾具夾緊平板；
(4)在夾具的氣流通道注入壓力0.2MPa的空氣；(5)在夾具的測試通道使用氣體流量計測量逸出氣體的流速，根據流速的不同確定雙極板材料的氣密性能。
實施例2一種雙極板材料氣密性的測試方法，該方法包括以下步驟(1)使用待測試的雙極板材料製成形狀是四邊形，厚度是8mm的同樣一批平板；(2)根據平板的結構形狀製備一副夾具，該夾具對應平板的一側設有氣流通道，另一側設有測試通道；(3)使用夾具夾緊平板；(4)在夾具的氣流通道注入壓力0.4MPa的氮氣；(5)在夾具的測試通道使用氣體流量計測量逸出氣體的流速，根據流速的不同確定雙極板材料的氣密性能。
為了實現上述測試方法，本發明還提供了一種專用夾具，它包括上夾板1和下夾板2，在上夾板1和下夾板2上對應待測試的平板3的邊緣設置密封條4，在上夾板1上設有氣流通道5，在下夾板2上設有測試通道6。在上夾板1和下夾板2上設置密封條4，是用於防止測試氣體從平板3的四周洩漏，測試時，利用上、下夾板將平板3夾緊，在氣流通道5中注入測試氣體，在測試通道6中使用氣體流量計測量逸出氣體的流速。
權利要求
1.一種雙極板材料氣密性的測試方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)使用不同待測試的雙極板材料製成具有同樣形狀和尺寸的平板；(2)根據平板的結構形狀製備一副夾具，該夾具對應平板的一側設有氣流通道，另一側設有測試通道；(3)使用夾具夾緊平板；(4)在夾具的氣流通道注入壓力範圍在0.01-0.5MPa的測試氣體；(5)在夾具的測試通道使用氣體流量計測量逸出氣體的流速。
2.根據權利要求1所述的雙極板材料氣密性的測試方法，其特徵在於在步驟(1)中，所述平板的形狀是圓形或多邊形。
3.根據權利要求1所述的雙極板材料氣密性的測試方法，其特徵在於在步驟(1)中，所述平板的厚度是0.1-10mm。
4.根據權利要求1所述的雙極板材料氣密性的測試方法，其特徵在於在步驟(4)中，所述測試氣體是空氣、氮氣、氧氣或氫氣。
5.一種測試雙極板材料氣密性的專用夾具，其特徵在於它包括上夾板(1)和下夾板(2)，在上夾板(1)和下夾板(2)上對應待測試的平板(3)的邊緣設置密封條(4)，在上夾板(1)上設有氣流通道(5)，在下夾板(2)上設有測試通道(6)。
全文摘要
本發明公開了一種雙極板材料氣密性的測試方法及其專用夾具，首先，使用待測試的雙極板材料製成具有同樣形狀和尺寸的平板；根據平板的結構形狀製備一副夾具，該夾具對應平板的一側設有氣流通道，另一側設有測試通道；使用夾具夾緊平板；在夾具的氣流通道注入壓力範圍在0.01－0.5MPa的測試氣體；在夾具的測試通道使用氣體流量計測量逸出氣體的流速。該方法無需加工雙極板成品後再測試其氣密性能，有效降低了成本；不同的材料都製成同樣形狀尺寸的平板進行測試，不僅使測試更方便，也使測試數據的對比更客觀準確；其測試壓力可調，以適應不同工作壓力下雙極板材料的氣密性測試要求，提高了測試數據的準確性。
文檔編號G01M3/26GK1804571SQ20061003796
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月24日 優先權日2006年1月24日
發明者喬永慶, 沈建躍, 曲平, 康新 申請人:南京博能燃料電池有限責任公司