[发明专利]一种模拟燃料电池气体扩散层内部水驱的试验装置及控制方法

说明书

本发明提供了一种模拟燃料电池气体扩散层内部水驱的试验装置及控制方法，包括控制器、注射泵、非润湿液体、管路、压力传感器、透明燃料电池室、加热垫片和温度传感器；所述的透明燃料电池室内包含液体进口、催化层、微孔层、气体扩散层、孔隙填充液和液体突破层。控制器控制注射泵调节非润湿液体注射速度，真实模拟燃料电池不同工况下的气体扩散层内部水驱现象。本发明对于考察质子交换膜燃料电池气体扩散层内部的水驱现象，分析影响气体扩散层中指数和液态水分支等物理行为的关键因素，研究气体扩散层内部毛细指进机制，具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及燃料电池水管理技术领域，特别涉及一种模拟燃料电池气体扩散层内部水驱的试验装置及控制方法。

背景技术

近几十年，以煤炭、石油为主的传统能源被大量使用，造成严重的环境污染和自然资源的日益枯竭。因此我们急切渴望一种高效节能，具有低污染、低排放的清洁新能源。随着现代技术的日益成熟，人们把研究重心和精力投入到对燃料电池的研究，燃料电池作为一种能量转换装置具有很高的转换效率，被誉为未来理想的电能来源。质子交换膜燃料电池是燃料电池中最常见、应用最多的类型，以工作温度低、功率密度高、启动快、动态响应快等优点，近年来备受关注。

燃料电池在工作过程中的主要产物是水，水的存在是保持膜水合和离子导电性的必要条件。然而，质子交换膜燃料电池中组件催化层、气体扩散层和气体通道中过量的液态水导致电池内存“水淹”现象。水淹是电池阴极侧产生液态水而没有适当排出的结果，影响反应物在燃料电池内流动，降低电池性能。

由于气体扩散层所用的材料的不透明性质以及气体扩散层内部液体水运输的微观尺度，对气体扩散层中液态水动力学行为的详细分析是不可行的。因此，设计一种模拟燃料电池气体扩散层内部水驱的实验装置，采用宏观尺度上的透明多孔层来考察燃料电池气体扩散层内部的水驱现象，分析影响气体扩散层中指数和液态水分支等物理行为的关键因素，研究气体扩散层内部毛细指进机制，具有重要的指导意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种模拟燃料电池气体扩散层内部水驱的试验装置及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟燃料电池气体扩散层内部水驱的试验装置，包括透明燃料电池室、非润湿液体注入单元、信息采集单元和控制器；在透明燃料电池室内部自下往上设为催化层、微孔层、气体扩散层和液体突破层；将玻璃纤维布作为催化层，在玻璃纤维布上表面浇注尺寸均匀的玻璃珠，形成微孔层；在微孔层的上部填充水凝胶珠形成气体扩散层；将珍珠或玻璃球填充在气体扩散层的顶部作为液体突破层；且透明燃料电池室内用蒸馏水作为孔隙填充液；

信息采集单元包括压力传感器和温度传感器，信息采集单元信号连接控制器，将采集试验过程中的压力信息和温度信息输入控制器；

非润湿液体注入单元包括输入管路及非润湿液体，通过输入管路连接透明燃料电池室，将非润湿液体注入透明燃料电池室内。

进一步，输入管路包括管路和注射泵，管路的一端连接透明燃料电池室的液体进口，另一端连接注射泵，在注射泵内储存有非润湿液体，注射泵电信号连接控制器，由控制器控制注射泵的工作启停，进而实现对透明燃料电池室内注入非润湿液体的启停。

进一步，在管路和液体进口处设置第一压力传感器，用于采集注射泵出口和液体进口两端的压差参数。在液体进口、液体突破层处设置第二压力传感器，用于采集液体进口和液体突破层两端的压差参数。

进一步，在透明燃料电池室内设置加热垫片，用于对透明燃料电池室内部进行加热模拟工作时的温度；在透明燃料电池室内部设置温度传感器，利用温度传感器采集透明燃料电池室内的温度。

进一步，采用大豆油和四氯化碳的染色混合物作为非润湿液体。