[发明专利]一种炭纸/扩散层透气率测试的测试装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透气率测试方法和专用装置，具体地说是一种燃料电池炭纸及气体扩散层透气率的测试方法和测试装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC），是一种利用化学反应将化学能转换直接为电能的能量转换装置。因为它具有能量转化率高（40~60％），环境友好、工作寿命长、操作温度低等优点，所以受到广泛的关注，在汽车动力、移动电源及小型电站等方面有着广泛的应用前景。

气体扩散层是燃料电池电极的重要组成部分，是催化层的支撑层。因此，它的性能是影响电极传质能力、限制电池性能进一步提升的关键之一。气体扩散层，通常由导电的多孔材料构成，作用是收集电流、传导气体和排出反应产物—水。理想的扩散层应满足三个条件：良好的排水性、良好的透气性、良好的导电性。炭纸、碳布是目前较为广泛使用的扩散层材料，厚度约为100~300μm。其均匀的多孔质结构和低的电阻率，保证了优异的透气性和电子传导能力。炭纸或碳布层称为基底层（Substrate layer,SL），起到支撑微孔层，增强电极机械性能的作用，也是反应气体、产物水传输和电子传导的必经之路，因此基底层的导电性、气体渗透性、孔结构、亲疏水性等性质对GDL的整体性能具有重要影响。

炭纸、扩散层的气体渗透率是影响其性能的重要因素之一。气体扩散层中的流体主要是反应气体、水蒸气和液态水。气体在扩散层中的主要传递方式为扩散，还包括部分的对流传质。但现有技术中，目前还没有关于炭纸/扩散层检测的有效办法。由于扩散层的透气率比较大，且不同材料的透气率差别率较大，用常规的透气率测试仪无法达到测试要求，而且透气率测试仪成本高，测试过程复杂。此外，透气率测试池无法测试实际运行条件如增湿、高温条件下的透气率。因而，本发明提出了一种简单、准确、有效的燃料电池炭纸、扩散层的透气率测试方法及测试装置；该方法不仅可以使测试数据更加客观、准确，而且测试过程简单、易控、重复性好；它不但可以准确地离线测试不同材质炭纸、扩散层的透气率，也可以模拟电池的实际运行条件，检测扩散层的透气率；此外，该测试装置简单、价格低、操作简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池炭纸、扩散层透气率的测试方法及测试装置。该测试方法简单易控、准确性高、重复性好。该测试装置结构简单，价格低，能准确表征炭纸、扩散层离线或在线状态下的本征透气率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种炭纸/扩散层透气率测试的测试装置，

包括微压差计、测试池、气体流量计、增湿系统、温控系统及被测试气体气源；

测试池包括相对扣合的第一夹具和第二夹具；第一夹具和第二夹具均为一侧带有凹槽的平板状结构，在凹槽的内壁上开设有贯穿平板的气体进口和出口，第一夹具和第二夹具上的凹槽为对称结构，第一夹具的凹槽与第二夹具的凹槽相对设置；

平板状的待测试样品夹在第一夹具和第二夹具之间，平板状的测试样品将第一夹具的凹槽与第二夹具的凹槽分隔成两个互不连通的、相互独立的腔室；

被测试气体气源流出的被测试气体经过增湿系统增湿、温度控制系统加热后，通过管路与所述的测试池第一夹具凹槽的气体进口相连，第一夹具凹槽的出口与和第二夹具凹槽的气体进口分别与微压差计的进出口相连，第二夹具凹槽的出口与气体流量计入口相连，气体流量计的出口与大气相连。

于被测试气体气源与测试池间的连接管路上设有调节阀，调节阀包括开关阀和/或减压阀；

于温度控制系统与测试池间的连接管路上设有压力控制器，压力控制器可以压力表或压力传感器；气体流量计为质量流量计、皮膜流量计、皂沫流量计或流量传感器；增湿系统为增湿罐增湿或露点增湿。

所述的测试装置，其特征在于：温度控制系统包括带有电加热元件的加热室、于加热室上设有温度表，电加热元件与温度表通过导线连接；电加热元件通过温度表与外界电源相连。

一对相互叠合的中部带有通孔的片状平板，片状平板上通孔的形状和尺寸与第一夹具凹槽的开口端相同；

平板状的待测试样品置于两块片状平板间的通孔处，待测试样品于片状平板上的投影处于通孔和片状平板的边缘之间，于两块片状平板之间、以及两块片状平板与待测试样品间设有胶黏剂层；使待测试样品四周片状平板压合形成一组合件。

胶黏剂为聚酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛塑料或氨基塑料。

在第一夹具与第二夹具间设置有密封件；所述密封件为密封圈、密封线或密封垫；