[发明专利]一种甲醇浓度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及甲醇浓度传感器。

背景技术

甲醇浓度传感器主要用于检测和控制甲醇燃料电池中的甲醇浓度，以保证甲醇燃料电池在合理的甲醇浓度范围内工作。甲醇燃料电池对甲醇的浓度具有较高的要求，使用高浓度的甲醇溶液，容易产生严重的甲醇渗透问题。发生甲醇渗透不仅会给阴极带来混合电势，降低电池的输出电压，还会带来电池寿命下降，燃料利用率低及运行时间短等问题。因此，只有保持电池中甲醇浓度处于合理的浓度范围，才能保证电池具有较高的电化学性能，这就需要采用浓度传感器来监测并调节甲醇的浓度。

现有技术中提供了多种甲醇浓度的检测方法，主要包括物理法和化学法。如Hengbing Zhao等人在“Journal of Power Sources 159(2006)626-636”中介绍了基于密度，电容，粘度，声速，红外，折光指数，热容，温升等现象的传感器。谢静宜等（化学学报Vol.65,2007第6期,532～536）测量了气体甲醇存在时的催化荧光现象；C.W.Lin等在“Materials Chemistry and Physics 55，1998，139-144”中在铝基材上使用金电极和聚吡咯等材料做成膜状传感器，通过测量甲醇存在时的膜电阻变化来得到甲醇浓度；Kyongsoo Lee等在“CARBON 49(2011)787-792”中使用碳纳米管和Nafion制成传感器，也是测量电阻的变化；J.K.Srivastava等在“Journal of Natural Gas Chemistry20(2011)179-183”中使用氧化铅掺杂的氧化锡薄膜做传感器；M.mabrook等在“Sensors and actuators,B 75(2001)197,202”中使用二氧化钛-聚偏氟乙烯复合膜，也都是通过测量电阻或电流来得到浓度信息。

在燃料电池领域，采用基于质子交换膜电极（MEA）的甲醇浓度传感器具有更好的实用性及针对性。孙维等人在“Journal of PowerSources 162(2006)1115–1121”中介绍了一种脉冲式甲醇浓度传感器，通过在两个膜电极的阴极和阳极之间施加脉冲式电压来检测甲醇的浓度。但是，这种脉冲式甲醇浓度传感器必须具备脉冲发射装置，结构复杂，体积大。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种甲醇浓度传感器，结构简单，体积小。

本发明提供了一种甲醇浓度传感器，包括:电极装置，温度传感器和电子控制板；

所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；

所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；

所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。

优选的，所述质子交换膜电极的有效面积为0.2~2cm²。

优选的，所述质子交换膜电极与阳极导电支撑流场板之间还包括密封边框。

优选的，所述质子交换膜电极与阴极导电支撑流场板之间还包括密封边框。

优选的，所述阴极扩散层为碳纸或碳布。

优选的，所述阳极扩散层为碳纸或碳布。

优选的，所述阴极催化剂层的催化剂为铂黑，铂黑的用量为2~8mg/cm²。

优选的，所述阳极催化剂层的催化剂为铂钌黑，铂钌黑的用量为2~8mg/cm²。

优选的，所述阳极导电支撑流场板上具有朝向质子交换膜电极的点状流场，点状流场外围绕有气体溢出通道。

优选的，所述阴极导电支撑流场板上具有条形流场。

与现有技术相比，本发明的甲醇浓度传感器包括电极装置、温度传感器和电子控制板，所述电极装置包括阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和介于所述阳极导电支撑流场板和阴极导电支撑流场板之间的质子交换膜电极；所述质子膜电极包括依次叠加设置的阴极扩散层、阴极催化剂层、质子交换膜、阳极催化剂层和阳极扩散层；所述阴极扩散层与阴极导电支撑流场板连接，所述阳极扩散层与阳极导电支撑流场板连接；所述阳极导电支撑流场板、阴极导电支撑流场板和温度传感器分别与电子控制板连接。