專利名稱：一種燃料電池膜電極檢漏儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢漏儀，尤其是涉及一種燃料電池膜電極的檢漏儀。

背景技術(shù)：
燃料電池是一種能夠?qū)⑷剂吓c氧化劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。該裝置的核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡(jiǎn)稱MEA)，膜電極由一張質(zhì)子交換膜和夾在膜兩側(cè)的兩張可導(dǎo)電多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)組成，在質(zhì)子交換膜與導(dǎo)電材料接觸的兩邊界面上均勻分布有細(xì)小分散的可引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑(如金屬鉑)。膜電極兩邊用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電子通過外電路引出，就構(gòu)成了電流回路。
在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端 陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體(如空氣)，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，得到電子形成負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)一步與從陽(yáng)極端遷移過來(lái)的正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在以氫氣為燃料、以含有氧氣的空氣為氧化劑(或以純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)發(fā)生失去電子的催化電化學(xué)反應(yīng)，形成氫正離子(質(zhì)子)，其電化學(xué)反應(yīng)方程式為 H2＝2H++2e- 氧氣在陰極區(qū)發(fā)生得到電子的催化電化學(xué)反應(yīng)，形成負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)一步與從陽(yáng)極端遷移過來(lái)的氫正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物水。其電化學(xué)反應(yīng)方程式為 2H++1/2O2+2e-＝H2O 燃料電池中的質(zhì)子交換膜除了用于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以及遷移交換反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子外，其作用還包括將含有燃料氫氣的氣流與含有氧化劑(氧氣)的氣流分隔開來(lái)，使它們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆炸式反應(yīng)。
在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極一般放在兩塊導(dǎo)電的極板之間，兩極板上均開設(shè)有導(dǎo)流槽，因此又稱作導(dǎo)流極板。導(dǎo)流槽開設(shè)在與膜電極接觸的表面上，通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻形成，其數(shù)量在一條以上。導(dǎo)流極板可以由金屬材料制成，也可以由石墨材料制成。導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽的作用是將燃料或氧化劑分別導(dǎo)入膜電極兩邊的陽(yáng)極區(qū)或陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極和兩塊導(dǎo)流極板，兩塊導(dǎo)流極板分設(shè)在膜電極兩邊，一個(gè)作為陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流極板，另一個(gè)作為陰極氧化劑的導(dǎo)流極板。這兩塊導(dǎo)流極板既作為電流集流板，也是膜電極兩邊的機(jī)械支撐。導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽既是燃料或氧化劑進(jìn)入陽(yáng)極或陰極表面的通道，也是將電池運(yùn)行過程中生成的水帶走的出水通道。
為了增大質(zhì)子交換膜燃料電池的功率，通常將兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通過直疊的方式或平鋪的方式連在一起組成電池組，或稱作電池堆。這種電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。在電池組中，位于兩質(zhì)子交換膜之間的極板的兩面都設(shè)有導(dǎo)流槽，稱為雙極板。雙極板的其中一面作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，另一面則作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面。一個(gè)典型的電池組通常還包括1)、燃料及氧化劑氣體的進(jìn)口和導(dǎo)流通道。其作用是將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽(yáng)極、陰極面的導(dǎo)流槽中2)、冷卻流體(如水)的進(jìn)、出口與導(dǎo)流通道。其作用是將冷卻流體均勻地分布到各個(gè)電池組內(nèi)的冷卻通道中，吸收燃料電池內(nèi)產(chǎn)生的反應(yīng)熱并將其帶出電池組進(jìn)行散熱3)、燃料與氧化劑氣體的出口與導(dǎo)流通道。其作用是將沒有參與反應(yīng)的多余燃料氣體和氧化劑排出，同時(shí)將反應(yīng)生成的液態(tài)或氣態(tài)的水帶出。上述燃料進(jìn)出口、氧化劑進(jìn)出口和冷卻流體的進(jìn)出口通常都開設(shè)在燃料電池組的一個(gè)端板上或分別開設(shè)在兩個(gè)端板上。膜電極是燃料電池的核心部件，其質(zhì)量的好壞是決定整個(gè)燃料電池性能的關(guān)鍵，膜電極除了可遷移交換反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子外，不能讓膜電極兩側(cè)的燃料氫氣和空氣互相穿過，以免它們相互混合而發(fā)生爆炸。也就是說(shuō)，膜電極絕對(duì)不能漏氣，檢測(cè)膜電極是否漏氣是對(duì)膜電極進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)的重要一環(huán)。在生產(chǎn)實(shí)際中，必須對(duì)每一張膜電極都進(jìn)行是否漏氣的質(zhì)量檢測(cè)，嚴(yán)格把關(guān)，因此，必須設(shè)計(jì)一種既能快速又能準(zhǔn)確地對(duì)膜電極進(jìn)行檢漏的裝置，以確保膜電極的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
目前膜電極的檢漏多用真空檢漏裝置。公開號(hào)為CN1789944的中國(guó)專利公開了一種燃料電池膜電極的真空檢漏裝置，它包括機(jī)架、移動(dòng)中間板、氣缸、固定檢測(cè)板、活動(dòng)檢測(cè)板、真空表和旋閥，檢測(cè)時(shí)將膜電極固定于活動(dòng)檢測(cè)板的與膜電極外圍非活性密封區(qū)域形狀相對(duì)應(yīng)的O型密封圈上，通過定位機(jī)構(gòu)使活動(dòng)檢測(cè)板上的膜電極正好位于固定檢測(cè)板上的膜電極外圍非活性密封區(qū)域形狀相對(duì)應(yīng)的O型密封圈下方，然后將活動(dòng)檢測(cè)板上移，上下檢測(cè)板的密封圈對(duì)應(yīng)吻合將膜電極夾在中間，然后抽去膜電極與固定檢測(cè)板之間的空氣，并使真空度達(dá)到1mm汞柱，再把旋閥關(guān)閉，通過觀察真空表上的壓力是否變化，判斷膜電極是否漏氣。該裝置在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)因真空度過大而造成的膜電極破損現(xiàn)象，并且上下密封圈對(duì)接吻合程度稍有偏差就會(huì)造成誤檢。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能快速、準(zhǔn)確地對(duì)膜電極進(jìn)行檢漏的燃料電池膜電極的檢漏儀，以確保膜電極的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
其具體技術(shù)方案如下一種燃料電池膜電極的檢漏儀，包括機(jī)架、上檢測(cè)板和下檢測(cè)板，所述的上檢測(cè)板通過絕緣材料與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置相連接，所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)于所述機(jī)架內(nèi)部，所述下端與絕緣材料相連的下檢測(cè)板設(shè)于基座上；所述的上下檢測(cè)板之間設(shè)有測(cè)量電壓的儀表。
所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括電機(jī)、蝸桿裝置與蝸輪裝置，其中所述的蝸桿裝置通過蝸輪裝置與電機(jī)相連接，并且所述的蝸桿裝置通過絕緣材料與上檢測(cè)板相連接，所述的蝸輪裝置與電機(jī)之間設(shè)有扭矩傳感器。
所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置還包括與電機(jī)相連接的延時(shí)器和振蕩器，其中所述的延時(shí)器用于控制電機(jī)的運(yùn)行，所述的振蕩器用于控制電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)。
所述的上、下檢測(cè)板分別與恒流電源的正負(fù)極相連接，并且電路中設(shè)有電源開關(guān)，其設(shè)于機(jī)架上，用于控制整個(gè)電路。
所述的機(jī)架上還設(shè)有控制開關(guān)，其與電機(jī)串聯(lián)連接，用于控制上檢測(cè)板的上下運(yùn)動(dòng)。
所述的上檢測(cè)板與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置之間還設(shè)有萬(wàn)向軸，當(dāng)上檢測(cè)板向下運(yùn)動(dòng)正壓在放有膜電極的下檢測(cè)板上時(shí)，萬(wàn)向軸連接可以使上檢測(cè)板與下檢測(cè)板的接觸擠壓更為均勻緊密。
所述的上檢測(cè)板和下檢測(cè)板是由普通導(dǎo)電材料制成。
所述的絕緣材料可以是聚四氟乙烯、橡膠、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃中的一種。
所述的恒流電源的電流＜1.5mA，膜電極兩端的電壓＜1.5V，防止由于電壓過大導(dǎo)致膜電極受損。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的燃料電池膜電極的檢漏儀能快速、準(zhǔn)確地對(duì)膜電極進(jìn)行檢漏，在檢漏過程中不損壞膜電極，為確保膜電極的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了有效保障。

圖1為本實(shí)用新型燃料電池膜電極檢漏儀主要部件的立體結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本實(shí)用新型燃料電池膜電極檢漏儀的工作過程示意圖； 圖3為本實(shí)用新型燃料電池膜電極檢漏儀的立體結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本實(shí)用新型燃料電池膜電極檢漏儀的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但不限于本實(shí)施例的內(nèi)容。
如圖1、圖3或圖4所示，一種燃料電池膜電極的檢漏儀，包括機(jī)架6、上檢測(cè)板4和下檢測(cè)板5，所述的上檢測(cè)板4通過絕緣材料10與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置相連接，所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)于所述機(jī)架6內(nèi)部，所述下檢測(cè)板5設(shè)于基座12上，其下端與絕緣材料10相連；所述的上下檢測(cè)板之間設(shè)有測(cè)量電壓的儀表9。
所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括電機(jī)1、蝸桿裝置3與蝸輪裝置2，其中所述的蝸桿裝置3通過蝸輪裝置2與電機(jī)1相連接，并且所述的蝸桿裝置3通過絕緣材料10與上檢測(cè)板4相連接，所述的蝸輪裝置2與電機(jī)1之間設(shè)有扭矩傳感器11；所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置還包括與電機(jī)1相連接的延時(shí)器和振蕩器。
所述的上、下檢測(cè)板分別與恒流電源13的正負(fù)極相連接，并且電路中設(shè)有電源開關(guān)8，其設(shè)于機(jī)架6上；所述的機(jī)架6上還設(shè)有控制開關(guān)7，其與電機(jī)1串聯(lián)連接；所述的上檢測(cè)板4與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置之間還設(shè)有萬(wàn)向軸14，當(dāng)上檢測(cè)板4向下運(yùn)動(dòng)正壓在放有膜電極的下檢測(cè)板5上時(shí)，萬(wàn)向軸14連接可以使上檢測(cè)板4與下檢測(cè)板5的接觸擠壓更為均勻緊密。
所述的控制開關(guān)7閉合后可使蝸輪裝置2和蝸桿裝置3轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)上檢測(cè)板4向下運(yùn)動(dòng)，使上檢測(cè)板4正壓于下檢測(cè)板5上；通過對(duì)電機(jī)1的扭矩控制，上檢測(cè)板4壓住膜電極進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)膜電極被上檢測(cè)板壓到一定的壓力值以后，扭矩傳感器11發(fā)生變化，同時(shí)電機(jī)1停止運(yùn)動(dòng)，保持壓住膜電極的狀態(tài)，在延時(shí)器的控制下，電機(jī)停止60s開始反轉(zhuǎn)，在振蕩器的控制下，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)10s，上檢測(cè)板向上運(yùn)動(dòng)，回到初始位置后停止，上下檢測(cè)板分開。
所述的上檢測(cè)板和下檢測(cè)板是由普通導(dǎo)電材料制成；所述的絕緣材料是聚四氟乙烯、橡膠、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃中的一種。
所述的恒流電源的電流＜1.5mA，膜電極兩端的電壓＜1.5V。
本實(shí)用新型燃料電池膜電極檢漏儀的工作過程和工作原理結(jié)合圖1、圖2、圖3或圖4說(shuō)明如下 首先將燃料電池膜電極A放置于下檢測(cè)板5上，然后開啟電機(jī)1的控制開關(guān)7，電機(jī)1、蝸輪裝置2以及蝸桿裝置3帶動(dòng)上檢測(cè)板4向下運(yùn)動(dòng)，正壓于下檢測(cè)板5上，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，開啟上下檢測(cè)板電路中的電源開關(guān)8，給上下檢測(cè)板兩端施加一定的電壓。由于質(zhì)子交換膜是絕緣體，如果膜電極A中的質(zhì)子交換膜是完好無(wú)損的，則上下檢測(cè)板之間可以看作是電容器，開啟電源開關(guān)8后可以看作是電容器的充電過程，在60秒的時(shí)間內(nèi)，測(cè)量電壓的儀表9的示數(shù)應(yīng)該不斷增大；如果膜電極A中的質(zhì)子交換膜破損，則夾在膜兩面的兩張可導(dǎo)電材料便會(huì)互相接觸，此時(shí)，上下檢測(cè)板與其夾緊的膜電極A可以看作普通電阻，開啟電源開關(guān)8后，在60s的時(shí)間內(nèi)，測(cè)量電壓的儀表9的示數(shù)應(yīng)該保持一個(gè)數(shù)值基本不變。通過延時(shí)器控制，在電機(jī)停止60s后，電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，通過振蕩器的控制，電機(jī)反轉(zhuǎn)10s后，上檢測(cè)板回到初始位置，至此一個(gè)膜電極檢測(cè)完成。由此可以根據(jù)測(cè)量電壓的儀表9的示數(shù)變化來(lái)準(zhǔn)確判斷膜電極是否破損。
權(quán)利要求1.一種燃料電池膜電極的檢漏儀，包括機(jī)架(6)、上檢測(cè)板(4)和下檢測(cè)板(5)，其特征在于所述的上檢測(cè)板(4)通過絕緣材料(10)與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置相連接，所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)于機(jī)架(6)內(nèi)部，下端連有絕緣材料(10)的下檢測(cè)板(5)設(shè)于基座(12)上；所述的上下檢測(cè)板之間設(shè)有測(cè)量電壓的儀表(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極的檢漏儀，其特征在于所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括電機(jī)(1)、蝸桿裝置(3)與蝸輪裝置(2)，其中所述的電機(jī)(1)設(shè)于所述機(jī)架內(nèi)部的隔板上，所述的蝸桿裝置(3)通過蝸輪裝置(2)與電機(jī)(1)相連接，并且所述的蝸桿裝置(3)通過絕緣材料(10)與上檢測(cè)板(4)相連接，所述的蝸輪裝置(2)與電機(jī)(1)之間設(shè)有扭矩傳感器(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池膜電極的檢漏儀，其特征在于所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括與電機(jī)(1)相連接的延時(shí)器和振蕩器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的燃料電池膜電極的檢漏儀，其特征在于所述的上、下檢測(cè)板分別與恒流電源(13)的正負(fù)極相連接，并且電路中設(shè)有電源開關(guān)(8)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極的檢漏儀，其特征在于所述的上檢測(cè)板(4)與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置之間設(shè)有萬(wàn)向軸(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池膜電極的檢漏儀，其特征在于所述的恒流電源(13)的電流＜1.5mA，膜電極兩端的電壓＜1.5V。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種燃料電池膜電極的檢漏儀，包括機(jī)架(6)、上檢測(cè)板(4)和下檢測(cè)板(5)，其中所述的上檢測(cè)板(4)通過絕緣材料(10)與電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置相連接，所述的電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)于機(jī)架(6)內(nèi)部，下端連有絕緣材料(10)的下檢測(cè)板(5)設(shè)于基座(12)上；所述的上下檢測(cè)板之間設(shè)有測(cè)量電壓的儀表(9)。本實(shí)用新型的燃料電池膜電極檢漏儀能快速、準(zhǔn)確地對(duì)膜電極進(jìn)行檢漏，為確保膜電極的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了有效保障。
文檔編號(hào)G01R31/36GK201218769SQ200820300608
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者陳海龍, 李志民, 侯曉峰 申請(qǐng)人:漢能科技有限公司