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)用新型涉及一種檢測設(shè)備，具體地講是涉及一種燃料電池膜電極的檢漏儀。
技術(shù)背景隨著化石能源的日趨緊張和環(huán)境保護(hù)的日益重要，清潔、高效的，以氫為燃料的燃料電池(Fuel Cell, FC)技術(shù)成為未來可持續(xù)發(fā)展的新興能源，并且日益受到世界各國政府的 重視。燃料電池的核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly,簡稱MEA)，膜電極由 一張質(zhì)子交換膜和夾在膜兩面的兩張可導(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)，失去電子形成質(zhì)子，質(zhì)子可通過迀移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另 一端即陰極端。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)一步與從陽極端迀移過來的質(zhì)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<formula>formula see original document page 3</formula>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)一步與從陽極 端迀移過來的氫正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物水。其電化學(xué)反應(yīng)方程式為<formula>formula see original document page 3</formula>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)以及迀移交換反應(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，使它們不會相 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。質(zhì)子交換膜燃料電池用途廣泛，可用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可制作成手提 式、移動(dòng)式或固定式的發(fā)電裝置。三合一的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 ，膜電極除了可迀移交換反應(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，膜電極絕對不能漏氣。檢測膜電極是否漏氣 是對膜電極進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)的重要一環(huán)。在生產(chǎn)實(shí)際中，必須對每一張膜電極都進(jìn)行是否漏氣 的質(zhì)量檢測，并嚴(yán)格把關(guān)。目前膜電極的檢漏多用真空檢漏裝置。公開號為CN1789944A的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、固定檢測板、活動(dòng)檢測板、真空 表和旋閥，檢測時(shí)將膜電極固定于活動(dòng)檢測板的與膜電極外圍非活性密封區(qū)域形狀相對應(yīng)的 0型密封圈上，通過定位機(jī)構(gòu)使活動(dòng)檢測板上的膜電極正好位于固定檢測板上的膜電極外圍 非活性密封區(qū)域形狀相對應(yīng)的O型密封圈下方，然后將活動(dòng)檢測板上移，上下檢測板的密封 圈對應(yīng)吻合將膜電極夾在中間，然后抽去膜電極于固定檢測板之間的空氣，并使真空度達(dá)到 l毫米汞柱，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。這 種膜電極真空檢漏裝置存在檢測時(shí)由于真空度過大容易造成膜電極的破損，上下密封圈對接 吻合程度稍有偏差就會造成誤檢，為了能準(zhǔn)確對接吻合操作過程復(fù)雜繁瑣的問題。因此，需要一種性能可靠、操作簡單、既能保證膜電極不受損壞又能準(zhǔn)確地對膜電極進(jìn)行檢漏的裝置 ，以確保膜電極的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種性能可靠、操作簡單、既能保證膜電極不受損 壞又能準(zhǔn)確地對膜電極進(jìn)行檢漏的裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的發(fā)明人在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的研究和創(chuàng) 造性的勞動(dòng)，研制出了一種燃料電池膜電極檢漏儀，包括機(jī)架、上檢測板和下檢測板，所述 的上檢測板通過絕緣材料與彈性裝置相連接；所述的彈性裝置設(shè)在機(jī)架內(nèi)部的隔板上；下表 面連有絕緣材料的下檢測板設(shè)于基座上；上下檢測板相互配合；上檢測板和下檢測板之間設(shè) 有測量電壓的儀表。所述的彈性裝置包括固定于隔板上的電磁鐵和T型鐵芯，所述的T型鐵芯上端的橫桿與電 磁鐵上部之間設(shè)有一段彈簧，T型鐵芯的下端穿過電磁鐵中間的通孔。電磁鐵的控制開關(guān)閉 合后可使T型鐵芯帶動(dòng)上檢測板向下運(yùn)動(dòng)，使上檢測板正壓于下檢測板上。所述的上檢測板和下檢測板分別與恒流電源的正負(fù)極相連，電路中設(shè)有電源開關(guān)控制整 個(gè)電路。所述的恒流電源的電流<1. 5mA，膜電極兩端的電壓<1. 5V。 所述的上檢測板和下檢測板是由普通導(dǎo)電材料制成。所述的絕緣材料為聚四氟乙烯、橡膠、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃中的一種。所述的上檢測板與彈性裝置之間還設(shè)有萬向軸。所述的底面連有絕緣材料的下檢測板與基座之間設(shè)有基座彈簧。所述的基座彈簧外面罩有上表面設(shè)有開孔的殼體，所述開孔的半徑小于下檢測板的半徑 ，殼體的高度低于自然狀態(tài)下下檢測板的高度。本實(shí)用新型提供的燃料電池膜電極檢漏儀，它利用電學(xué)原理來對膜電極進(jìn)行檢漏。完整 無損的膜電極通電時(shí)相當(dāng)于電容器的充電過程，其兩端的電壓應(yīng)該不斷增大；有破損的膜電 極通電時(shí)相當(dāng)于電阻，其兩端的電壓保持不變，由此可以準(zhǔn)確判斷燃料電池膜電極是否破損 。而且本實(shí)用新型膜電極檢漏儀膜電極兩側(cè)沒有壓差，不會造成膜電極的破損，性能可靠， 操作簡單。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖l是本實(shí)用新型主要工作部件的剖視圖。圖2是本實(shí)用新型另一實(shí)施方式的剖視圖。圖3是本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施方式的剖視圖。圖4是本實(shí)用新型的立體示意圖。圖5是本實(shí)用新型的電路示意圖具體實(shí)施方式
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實(shí)用新型包括機(jī)架l、上檢測板2和下檢測板3，所 述的上檢測板2通過絕緣材料8與彈性裝置相連接；所述的彈性裝置設(shè)在機(jī)架內(nèi)部的隔板17上 ;下表面連有絕緣材料8的下檢測板3設(shè)于基座13上；上下檢測板相互配合；上檢測板2和下 檢測板3之間設(shè)有測量電壓的儀表9。所述的上檢測板2和下檢測板3是由普通導(dǎo)電材料制成。 所述的絕緣材料8為聚四氟乙烯、橡膠、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃中的一種。所述的彈性裝置 包括固定于隔板17上的電磁鐵4和T型鐵芯5，所述的T型鐵芯5上端的橫桿6與電磁鐵4上部之 間設(shè)有一段彈簧7， T型鐵芯5的下端穿過電磁鐵中間的通孔。電磁鐵的控制開關(guān)14閉合后可 使T型鐵芯5帶動(dòng)上檢測板2向下運(yùn)動(dòng)，使上檢測板2正壓于下檢測板3上；電磁鐵的控制開關(guān) 14斷開后，在彈簧7的回彈作用下，上檢測板2向上運(yùn)動(dòng)，上下檢測板分開。上檢測板2和下 檢測板3分別與恒流電源l6的正負(fù)極相連，該恒流電源l6的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。電路中設(shè)有電源開關(guān)15控制 整個(gè)電路。上檢測板2和下檢測板3之間設(shè)有測量電壓的儀表9測量其間的電壓。由圖2、圖3所示，上檢測板2與彈性裝置之間還設(shè)有萬向軸10。當(dāng)上檢測板2向下運(yùn)動(dòng)正 壓在放有膜電極的下檢測板3上時(shí)，萬向軸1 O連接可以使上檢測板2與下檢測板3的接觸擠壓 更為均勻緊密。由圖2所示下端連有絕緣材料8的下檢測板3放置在基座彈簧11之上，當(dāng)上檢測板2向下運(yùn) 動(dòng)正壓在放有膜電極的下檢測板3上時(shí)，下檢測板3也隨之向下運(yùn)動(dòng)并壓縮基座彈簧11，產(chǎn)生 緩沖作用，可以保護(hù)膜電極不受上下檢測板之間的撞擊力的損害。由圖3所示，基座彈簧11外面罩有上表面設(shè)有開孔的殼體12，所述開孔的半徑小于下檢 測板3的半徑，殼體12的高度低于自然狀態(tài)下下檢測板3的高度，當(dāng)上檢測板向下運(yùn)動(dòng)正壓在 放有膜電極的下檢測板上時(shí)，下檢測板隨之做一段向下運(yùn)動(dòng)后卡于殼體的上表面開孔處，這 樣既能在基座彈簧ll的緩沖下保護(hù)膜電極不受損害，又能使上下檢測板緊密接觸，使測量結(jié) 果更為準(zhǔn)確。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可結(jié)合圖l、圖2、圖3、圖4、 圖5說明如下首先將燃料電池膜電極A放置于下檢測板3上，然后開啟電磁鐵4的控制開關(guān)14， T型鐵芯 5帶動(dòng)上檢測板2向下運(yùn)動(dòng)，正壓于下檢測板3上，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，開啟上下檢測板電路中的 電源開關(guān)15，給上下檢測板兩端加以給定的電壓。由于質(zhì)子交換膜是絕緣體，如果膜電極A 中的質(zhì)子交換膜是完好無損的，則上下檢測板之間可以看作是電容器，開啟電源開關(guān)15后可 以看作是電容器的充電過程，在15 30秒的時(shí)間內(nèi)，測量電壓的儀表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(如碳紙)便會互相 接觸，此時(shí)，上下檢測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)15后，在15 30秒的時(shí)間內(nèi)，測量電壓的儀表9的示數(shù)應(yīng)該保持一個(gè)數(shù)值基本不變。然后關(guān)閉上下檢測 板電路中的電源開關(guān)l5。由此可以根據(jù)測量電壓的儀表9的示數(shù)變化來準(zhǔn)確判斷膜電極是否 破損。檢測完畢后，將電磁鐵4的控制開關(guān)14關(guān)閉，彈簧7彈起，帶動(dòng)T型鐵芯和上檢測板向上 運(yùn)動(dòng)，上下檢測板分離，取下膜電極A，完成一張膜電極的檢測。
權(quán)利要求1. 一種燃料電池膜電極檢漏儀，包括機(jī)架(1)、上檢測板(2)和下檢測板(3)，其特征在于所述的上檢測板(2)通過絕緣材料(8)與彈性裝置相連接；所述的彈性裝置設(shè)在機(jī)架內(nèi)部的隔板(17)上；下表面連有絕緣材料(8)的下檢測板(3)設(shè)于基座(13)上；上檢測板(2)和下檢測板(3)之間設(shè)有測量電壓的儀表(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 彈性裝置包括固定于隔板(17)上的電磁鐵(4)和T型鐵芯，所述的T型鐵芯(5)上端的橫 桿(6)與電磁鐵(4)上部之間設(shè)有一段彈簧(7) ， T型鐵芯(5)的下端穿過電磁鐵(4) 中間的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 上檢測板(2)和下檢測板(3)分別與恒流電源(16)的正負(fù)極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 恒流電源(16)的電流〈1.5mA。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 絕緣材料(8)為聚四氟乙烯、橡膠、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 上檢測板(2)與彈性裝置之間還設(shè)有萬向軸(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 底面連有絕緣材料(8)的下檢測板(3)與基座(13)之間設(shè)有基座彈簧(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池膜電極檢漏儀，其特征在于所述的 基座彈簧(11)外面罩有上表面設(shè)有開孔的殼體(12)，所述開孔的半徑小于下檢測板(3 )的半徑，殼體(12)的高度低于自然狀態(tài)下下檢測板(3)的高度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種燃料電池膜電極檢漏儀，包括機(jī)架、上檢測板和下檢測板，其特征在于所述的上檢測板通過絕緣材料與彈性裝置相連接；所述的彈性裝置設(shè)在機(jī)架內(nèi)部的隔板上；下表面連有絕緣材料的下檢測板設(shè)于基座上；上檢測板和下檢測板之間設(shè)有測量電壓的儀表。本實(shí)用新型提供的燃料電池膜電極檢漏儀具有性能可靠、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R31/36GK201122121SQ20072020113
公開日2008年9月24日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者李志民, 陳海龍 申請人:漢能科技有限公司