CN215813040U - 质子交换膜质子传导率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种质子交换膜质子传导率测试装置，所述质子交换膜质子传导率测试装置包括基体、检测组件和连接件，基体为耐高温性的绝缘体且具有第一腔，基体的底部适于与质子交换膜贴合，检测组件的一端穿设在基体上，且检测组件的一部分位于第一腔内，检测组件的底部适于检测质子交换膜质子传导率，检测组件的底部在基体的高度方向上位于基体的底部的外侧，或者，检测组件的底部在基体的高度方向上与基体的底部平齐，连接件套设在基体上，质子交换膜的外边缘分别夹持在连接件和基体之间。本实用新型的质子交换膜质子传导率测试装置具有结构简单、使用寿命长、成本低廉等优点。

Description

质子交换膜质子传导率测试装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池质子交换膜性能检测领域，具体地，涉及一种质子交换膜质子传导率测试装置。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转变为低压直流电的发电装置，即通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生直流电和水。燃料电池本质上是水电解的一个逆装置。在电解水过程中，外加电源将水电解，产生氢气和氧气。而在燃料电池中则是氢气和氧气通过电化学反应生成水，并释放出电能。燃料电池单体主要有四部分组成，即阳极、阴极、质子交换膜电解质和外电路。质子交换膜作为电解质，影响质子传递快慢，影响电池的内阻和输出功率。

相关技术中，质子交换膜电导率测试装置测试结果欠准确，容易损坏，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种结构简单、使用寿命长、能够在高温高湿环境中工作的质子交换膜质子传导率测试装置。

本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置包括：基体，所述基体为耐高温性的绝缘体且具有第一腔，所述基体的底部适于与质子交换膜贴合；检测组件，所述检测组件的一端穿设在所述基体上，且所述检测组件的一部分位于所述第一腔内，所述检测组件的底部适于检测质子交换膜质子传导率，所述检测组件的底部在所述基体的高度方向上位于所述基体的底部的外侧，或者，所述检测组件的底部在所述基体的高度方向上与所述基体的底部平齐；连接件，所述连接件套设在所述基体上，所述质子交换膜的外边缘分别夹持在所述连接件和所述基体之间。

根据本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置，设置基体、检测组件和连接件的设置，从而延长了检测组件的使用寿命，防止质子交换膜在检测过程中发生褶皱，提高了质子交换膜的检测效率和准确性。

在一些实施例中，所述质子交换膜质子传导率测试装置还包括第一壳，所述第一壳设在所述基体的顶部，所述检测组件的一部分位于所述第一壳内。

在一些实施例中，所述检测组件为三电极***，所述三电极***包括工作电极、参比电极和辅助电极，所述工作电极、所述辅助电极和所述参比电极均设在所述基体内，所述工作电极、所述辅助电极和所述参比电极在所述基体上间隔设置，所述工作电极的底面、所述辅助电极的底面和所述参比电极的底面均在所述基体的高度方向上位于所述基体的底部的外侧，或所述工作电极的底面、所述辅助电极的底面和所述参比电极的底面均在所述基体的高度方向上与所述基体的底部平齐，所述工作电极和所述辅助电极配合，以便检测流过所述质子交换膜的电流，所述参比电极和所述工作电极配合，以便对所述质子交换膜施加正弦电压。

在一些实施例中，所述工作电极和所述辅助电极均为铂金电极片，所述铂金电极片设在所述基体的底部。

在一些实施例中，所述参比电极包括：第二壳,所述第二壳具有第二腔，所述第二壳设在所述第一壳内；多孔材料，所述多孔材料的上部分设在所述基体内且与所述第二壳的所述第二腔连通；金属丝和电解质，所述金属丝和所述电解质均设在所述第二腔内，所述金属丝与所述多孔材料沿所述基体的高度方向间隔设置。

在一些实施例中，所述参比电极还包括管道和密封件，所述管道的一端与所述第二腔连通，所述管道的另一端穿出所述第一壳，以便向所述第二壳内添加所述电解质溶液，所述密封件设在管道内，以便封堵所述管道。

在一些实施例中，所述第一壳的顶面设有通孔，所述质子交换膜质子传导率测试装置还包括导线，所述导线的一端与所述检测组件相连，所述导线的另一端通过所述通孔穿出所述第一壳体。

在一些实施例中，所述质子交换膜质子传导率测试装置还包括防水接头，所述防水接头设在所述第一壳体上且与所述通孔相对，所述导线的另一端可穿设在所述防水接头上。

在一些实施例中，所述连接件为套筒，所述套筒通过螺纹配合安装在所述基体上。

附图说明

图1是本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置的仰视图。

图3是本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置在相对湿度为25％RH，温度为25℃下的恒温恒湿箱中的电化学交流阻抗测试曲线。

图4是是本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置在相对湿度40％RH，温度为25℃下的恒温恒湿箱中的电化学交流阻抗测试曲线。

附图标记：

质子交换膜质子传导率测试装置100；

基体1；检测组件2；三电极***21；工作电极211；参比电极212；第二壳2121；多孔材料2122；金属丝2123；管道2124；密封件2125；辅助电极213；连接件3；第一壳4；通孔41；防水接头5；导线6；第一导线61；第二导线62；第三导线63；质子交换膜7。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置。

如图1-2所示，本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置包括基体1、检测组件2和连接件3。

基体1为耐高温性的绝缘体且具有第一腔（图中未示意出），基体1的底部适于与质子交换膜7贴合。具体地，如图1所示，基体1可以为耐高温环氧树脂材料，基体1的上设有第一腔，质子交换膜7可以贴合在基体1的底部。

检测组件2的一端穿设在基体1上，且检测组件2的一部分位于第一腔内，检测组件2的底部适于检测质子交换膜7的质子传导率，检测组件2的底部在基体1的高度方向（如图1所示的上下方向）上位于基体1的底部的外侧，或者，检测组件2的底部在基体1的高度方向上与基体1的底部平齐。具体地，如图1所示，检测组件2可与测试装置相连，检测组件2的上部分设在第一腔内，从而使得检测组件2密封在基体1内，使得基体1对检测组件2起到保护作用，防止检测组件2受到恒温恒湿箱内温度和湿度的影响而损坏，而且检测组件2的底部从基体1的底部凸出，或检测组件2的底部与基体1的底部平齐，从而使得检测组件2的底部可与质子交换膜7接触，进而检测质子交换膜7的质子传导率。

连接件3套设在基体1上，质子交换膜7的外边缘分别夹持在连接件3和基体1之间。具体地，如图1所示，连接件3为套筒，将质子交换膜7包裹在基体1底部，并通过连接件3穿设在基体1上，从而使得质子交换膜7的外边缘分别夹持在连接件3和基体1之间，质子交换膜质子传导率测试装置100放置在恒温恒湿箱（图中未示意出）内，恒温恒湿箱内的高温高湿气体通过质子交换膜7的底部对质子交换膜7进行加湿。

本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置100，设置基体1和检测组件2，防止检测组件2在恒温恒湿箱内工作时，受到高温高湿气流的侵蚀，从而延长了检测组件2的使用寿命，另外设置连接件3，从而使得质子交换膜7跟检测组件2的底面紧密接触，且保证了质子交换膜7不会褶皱，保证了检测组件2测量结果的准确性。

在一些实施例中，本实用新型实施例的质子交换膜质子传导率测试装置100还包括第一壳4，第一壳4设在基体1的顶部，检测组件2的一部分位于第一壳4内。具体地，如图1所示，第一壳4设在基体1的顶部，第一壳4包括侧面和顶面，由此通过第一壳4和基体1的配合，使得基体1和第一壳4内部形成封闭空间，检测组件2可设在基体1上，且检测组件2的一部分位于第一壳4内，从而减小了基体1的厚度，减轻了质子交换膜质子传导率测试装置100的质量，使得质子交换膜质子传导率测试装置100设置更加合理。

在一些实施例中，检测组件2为三电极***21，三电极***21包括工作电极211、参比电极212和辅助电极213，工作电极211、辅助电极213和参比电极212均设在基体1内，工作电极211、辅助电极213和参比电极212在基体1上间隔设置，工作电极211的底面、辅助电极213的底面和参比电极212的底面均在基体1的高度方向上位于基体1的底部的外侧，或工作电极211的底面、辅助电极213的底面和参比电极212的底面均在基体1的高度方向上与基体1的底部平齐，工作电极211和辅助电极213配合，以便检测流过质子交换膜7的电流，参比电极212和工作电极211配合，以便对质子交换膜7施加正弦电压。

具体地，如图1所示，检测组件2为三电极***21，工作电极211和辅助电极213设在基体1的底部，工作电极211的底部和辅助电极213的底部可与基体1的底部平齐，或工作电极211的底部和辅助电极213的底部从基体1的底部凸出，使得工作电极211和辅助电极213与质子交换膜7接触，参比电极212穿设在基体1上，且参比电极212的上部分位于第一壳4内，参比电极212的底部可与基体1的底部平齐，或从基体1的底部凸出，使得参比电极212的底部与质子交换膜7接触，从而使得工作电极211和辅助电极213配合以检测流过质子交换膜7的电流，参比电极212和工作电极211配合以对质子交换膜7施加正弦电压，由此，三电极***21通过电化学交流阻抗法测试质子交换膜7在给定条件的交流阻抗值。

在一些实施例中，工作电极211和辅助电极213均为铂金电极片，铂金电极片设在基体1的底部。由于铂金电极片的电阻较小，因此提高了流过质子交换膜7的电流的准确性。

在一些实施例中，参比电极212包括第二壳2121、多孔材料2122、金属丝2123和电解质（图中未示意出）。

第二壳2121具有第二腔（图中未示意出），第二壳2121设在第一壳4内。具体地，如图1所示，第二壳2121为玻璃材质，且第二壳2121设在基体1上且位于第一壳4内。

多孔材料2122的上部分设在基体1内且与第二壳2121的第二腔连通。具体地，如图1所示，多孔材料2122为多孔陶瓷，多孔材料2122设在第二壳2121的底部，且多孔材料2122位于基体1内，多孔材料2122的底座在基体1的高度方向上位于基体1的底部的外侧，或多孔材料2122的底座的底面均在基体1的高度方向上与基体1的底部平齐。

金属丝2123和电解质均设在第二腔内，金属丝2123与多孔材料2122沿基体1的高度方向间隔设置。具体地，如图1所示，金属丝2123为Ag/AgCl丝，电解质为KCl溶液，由于Ag/AgCl丝的内阻较高，由此，使得参比电极212的设置更加合理，使得参比电极212和辅助电极213配合，从而检测质子交换膜7的电压。

在一些实施例中，参比电极212还包括管道2124和密封件2125，管道2124穿设在第一壳4内，管道2124的一端与第二腔连通，管道2124的另一端穿出第一壳4，以便向第二壳2121内添加电解质溶液，密封件2125设在管道2124内，以便封堵管道2124。具体地，如图1所示，管道2124设在第一壳4和第二壳2121之间，管道2124的左端穿设在第二壳2121内且与第二腔连通，管道2124的右端穿出第一壳4外，从而可通过管道2124向第二壳2121添加KCl溶液，密封件2125为橡胶块，密封件2125可穿设在管道2124内，从而当KCl溶液添加完毕后，可通过密封件2125封堵管道2124，防止第二壳2121内的KCl溶液蒸发或流失，或防止第一壳4外的物体通过管道2124进入第二壳2121内，进而防止参比电极212内的KCl溶液被污染。

在一些实施例中，第一壳4的顶面设有通孔41，质子交换膜质子传导率测试装置100还包括导线6，导线6的一端与检测组件2相连，导线6的另一端通过通孔41穿出第一壳4体。具体地，如图1所示，导线6包括第一导线61、第二导线62和第三导线63，且第一导线61、第二导线62和第三导线63均设在第一壳4内，第一导线61的下端与辅助电极213相连，第二导线62的下端与工作电极211相连，第三导线63的下端与参比电极212相连，第一导线61、第二导线62和第三导线63的上端均通过通孔41穿出第一壳4体外且与测试装置相连，从而使得质子交换膜质子传导率测试装置100设置更加合理。

在一些实施例中，质子交换膜质子传导率测试装置100还包括防水接头5，防水接头5设在第一壳4体上且与通孔41相对，导线6的另一端可穿设在防水接头5上。由此，可通过防水接头5防止检测箱内的高温高湿气体通过通孔41流入第一壳4内，从而保证了质子交换膜质子传导率测试装置100的使用寿命。

在一些实施例中，检测组件2还可以为两电极***（图中未示意出）和四电极***（图中未示意出）中的任一种。由此，可通过两电极***和四电极***检测质子交换膜7的电导率和导电性，从而提高了质子交换膜质子传导率测试装置100的多样性。

在一些实施例中，连接件3为套筒，套筒通过螺纹配合安装在基体1上。具体地，套筒的内周面设有内螺纹（图中未示意出），基体1的外周侧设有外螺纹（图中未示意出），通过内外螺纹的配合，使得套筒固定在基体1上，进而使得套筒固定起来。

本实用新型采用采用交流阻抗法测试，测试频率为100000-1Hz，扰动正弦电压幅值为10~20mV。测量结果通过阻抗等效电路拟合得到质子交换膜7的膜电阻R，再由电导率公式K=L/(R*S)其中，L为工作电极211与辅助电极213之间的间距，R为质子交换膜7电阻，S为膜的横截面积。

下面以全氟磺酸树脂质子交换膜为例，恒温恒湿箱内的温度为25℃，相对湿度25%，40%条件下分别稳定1h，直到开路电位稳定。采用电化学工作站进行阻抗测量，正弦波幅值为10mV,直流极化幅值为相对于开路电位0V,扫描频率范围100000～1Hz,10点/10倍频程。

40%条件下分别稳定1h，直到开路电位稳定。采用电化学工作站进行阻抗测量，正弦波幅值为10mV,直流极化幅值为相对于开路电位0V,扫描频率范围100000～1Hz,10点/10倍频程。测试结果见图3、图4。

对质子交换膜7施加从100kHz至1Hz的微扰电压，最终可以得到一个质子交换膜7的电化学交流阻抗图，其中图3与图4的横坐标代表阻抗的实部，纵坐标代表阻抗的虚部如图3和图4。从图中数据点与实部电阻的交点可以读取出离子迁移电阻R（25%，50.6kΩ；40%，22kΩ）。

从图3和图4来看，随着全氟磺酸树脂质子交换膜表面湿度增加，膜的电阻值逐渐减小。质子膜电导率计算公式为：K=L/(R*S)。其中，L为工作电极2111与参比电极212之间的间距，R为质子交换膜7电阻，S为膜的横截面积。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，包括：基体，所述基体为耐高温性的绝缘体且具有第一腔，所述基体的底部适于与质子交换膜贴合；检测组件，所述检测组件的一端穿设在所述基体上，且所述检测组件的一部分位于所述第一腔内，所述检测组件的底部适于检测质子交换膜的质子传导率，所述检测组件的底部在所述基体的高度方向上位于所述基体的底部的外侧，或者，所述检测组件的底部在所述基体的高度方向上与所述基体的底部平齐；连接件，所述连接件套设在所述基体上，所述质子交换膜的外边缘分别夹持在所述连接件和所述基体之间。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，还包括第一壳，所述第一壳设在所述基体的顶部，所述检测组件的一部分位于所述第一壳内。

3.根据权利要求2所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，所述检测组件为三电极***，所述三电极***包括工作电极、参比电极和辅助电极，

所述工作电极、所述辅助电极和所述参比电极均设在所述基体内，所述工作电极、所述辅助电极和所述参比电极在所述基体上间隔设置，所述工作电极的底面、所述辅助电极的底面和所述参比电极的底面均在所述基体的高度方向上位于所述基体的底部的外侧，或所述工作电极的底面、所述辅助电极的底面和所述参比电极的底面均在所述基体的高度方向上与所述基体的底部平齐，所述工作电极和所述辅助电极配合，以便检测流过所述质子交换膜的电流，所述参比电极和所述工作电极配合，以便用于给所述质子交换膜施加正弦电压。

4.根据权利要求3所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，所述工作电极和所述辅助电极均为铂金电极片，所述铂金电极片设在所述基体的底部。

5.根据权利要求3所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，所述参比电极包括：

第二壳,所述第二壳具有第二腔，所述第二壳设在所述第一壳内；

多孔材料，所述多孔材料的上部分设在所述基体内且与所述第二壳的所述第二腔连通；

金属丝和电解质，所述金属丝和所述电解质均设在所述第二腔内，所述金属丝与所述多孔材料沿所述基体的高度方向间隔设置。

6.根据权利要求5所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，所述参比电极还包括管道和密封件，所述管道穿设在所述第一壳内，所述管道的一端与所述第二腔连通，所述管道的另一端穿出所述第一壳，以便向所述第二壳内添加所述电解质溶液，所述密封件设在管道内，以便封堵所述管道。

7.根据权利要求2所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，所述第一壳的顶面设有通孔，

所述质子交换膜质子传导率测试装置还包括导线，所述导线的一端与所述检测组件相连，所述导线的另一端通过所述通孔穿出所述第一壳体。

8.根据权利要求7所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，还包括防水接头，所述防水接头设在所述第一壳体上且与所述通孔相对，所述导线的另一端可穿设在所述防水接头上。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的质子交换膜质子传导率测试装置，其特征在于，所述连接件为套筒，所述套筒通过螺纹配合安装在所述基体上。

Images