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聚合物電解質燃料電池評估裝置的工作原理和產品特性

來源:玉崎科學儀器(深圳)有限公司   2025年06月17日 14:08  

工作原理

聚合物電解質燃料電池(PEFC)評估裝置的工作原理主要基于質子交換膜(PEM)技術。PEM 是一種以含酸性基團(如磺酸、磷酸和羧酸基團等,其中以磺酸基團為主)的高分子為材料的固體電解質膜。在燃料電池中,PEM 起到分隔燃料和氧化劑、傳導質子和絕緣電子的作用。以下是其詳細的工作原理:
  • PEMFC 主要依賴一種特殊的聚合物膜,其表面涂有高分散的催化劑顆粒,形成膜電極組件(MEA)
  • 當氫氣作為燃料進入陽極時,在催化劑的作用下,氫氣分子被氧化為質子(H?)和電子(e?)。
  • 質子通過 PEM 向陰極移動,而電子則通過外部電路流向陰極,形成電流。
  • 在陰極,氧氣作為氧化劑,在催化劑的作用下與質子和電子結合生成水,完成電化學反應。

技術參數

以下是聚合物電解質燃料電池評估裝置常見的技術參數:

測試項目

  • 零下貯存試驗:評估電池在低溫下的貯存性能。
  • 零下啟動試驗:測試電池在低溫下的啟動性能。
  • 濕度循環試驗:模擬不同濕度環境對電池性能的影響

試驗設備

  • 涉氫環境艙:用于提供安全的氫氣測試環境。

測量儀器精度

  • 儀器精度:根據不同的測量參數,儀器精度有所不同。例如,氣體流量測量的精度可達到 ±1% 讀數或 ±0.1% 滿量程,壓力測量精度可達到 ±0.5% 滿量程,溫度測量精度可達到 ±0.5℃。

雙極板涂層和材料因素的影響

  • 雙極板涂層:不同的涂層材料和工藝對電池性能有顯著影響。例如,采用特定的涂層可以提高雙極板的導電性、耐腐蝕性和氣體擴散性能,從而改善電池的整體性能和壽命。
  • 雙極板材料:材料的選擇同樣關鍵。例如,使用高性能的金屬材料或復合材料,可以增強雙極板的機械強度和耐久性,同時減少材料對電池性能的負面影響,如降低接觸電阻、提高熱導率等,進而提升電池的工作效率和穩定性。

測試臺控制允許的最大誤差

  • 輸入試驗:對測試臺的控制精度有明確要求,以確保測試結果的準確性。例如,測試臺的溫度控制精度可達到 ±1℃,氣體流量控制精度可達到 ±2% 設定值,壓力控制精度可達到 ±0.5% 滿量程。

電池組成

  • 膜電極組件(MEA):包括催化劑層、質子交換膜和氣體擴散層,是電池的核心部分,直接影響電池的性能和效率。
  • 密封件:用于保證電池的氣密性,防止氣體泄漏。
  • 流場板:引導氣體在電池內部的分布,確保氣體與電極的良好接觸。
  • 電流集流體:收集和傳導電流。
  • 夾持端板(端板):用于固定電池組件。
  • 緊固件:確保電池組件的緊密連接。
  • 溫控裝置:維持電池在適宜的工作溫度范圍內。

測試平臺

  • 必要設備:包括電源、負載、氣體供應系統、水管理系統、數據采集系統等,以滿足電池測試的各種需求。
  • 示意圖:提供了測試平臺的結構示意圖,幫助用戶了解設備的布局和連接方式。
  • 測試臺控制允許的最大誤差(輸入試驗):對測試臺的控制精度有明確要求,以確保測試結果的準確性。例如,測試臺的溫度控制精度可達到 ±1℃,氣體流量控制精度可達到 ±2% 設定值,壓力控制精度可達到 ±0.5% 滿量程。

測量

  • 儀器精度:根據不同的測量參數,儀器精度有所不同。例如,氣體流量測量的精度可達到 ±1% 讀數或 ±0.1% 滿量程,壓力測量精度可達到 ±0.5% 滿量程,溫度測量精度可達到 ±0.5℃。
  • 測量儀器和測量方法:規定了測量儀器的類型、精度和校準要求,以及具體的測量方法,如電化學阻抗譜、循環伏安法等。
  • 測量單位:明確了各項測量參數的單位,確保數據的一致性和可比性。

氣體組成

  • 燃料組成:通常為高純氫氣,純度可達 99.99% 以上,可含有少量的雜質氣體,如 CO、CO?、H?O 等,但雜質含量需控制在一定范圍內,以避免對電池性能產生不良影響。
  • 氧化劑組成:一般為空氣或純氧,氧氣純度可根據測試需求進行調整。

試驗準備

  • 標準試驗條件:規定了試驗的標準環境條件,如溫度、濕度、壓力等,以及電池的初始狀態要求。
  • 環境條件:對試驗環境的溫度、濕度、氣流等條件進行規范,以確保試驗結果的可重復性和可靠性。
  • 數據采集頻率:根據不同的測試項目和要求,設定合適的數據采集頻率,以獲取準確的試驗數據。
  • 可重復性和再現性:明確了試驗的可重復性和再現性要求,確保不同次試驗結果的一致性和可靠性。
  • 試驗樣品數量:規定了試驗所需的電池樣品數量,以滿足統計分析的要求。
  • 惰性氣體或測試氣體進行氣路氣密性檢查:在試驗前,使用惰性氣體或測試氣體對氣路系統進行氣密性檢查,確保氣體系統的密封性。
  • 初始活化和穩態檢查:對電池進行初始活化處理,使其達到穩定的工作狀態,并進行穩態性能檢查,以確保電池的正常運行。
  • 關機:規定了試驗結束后的關機程序,以確保電池的安全停機。
  • 再活化:在電池長時間停機后,需要進行再活化處理,以恢復電池的性能。

產品特點

  • 高精度測量:先進的傳感器和測量技術確保數據的高精度和高可靠性,為電池性能評估提供準確依據。
  • 多樣化測試功能:具備豐富的測試功能,可進行多種試驗項目,全面評估電池性能。如能測量電池的電流-電壓特性(極化曲線)、進行循環和線性掃描伏安法測試、開展電化學阻抗譜分析等,從而深入了解電池在不同條件下的運行狀態和性能變化。
  • 嚴格的安全標準:遵循嚴格的國內和國際安全標準,如 GB/T 28817-2022,確保設備操作安全可靠,保障操作人員和設備的安全。
  • 實時數據采集與分析:強大的數據采集系統能夠實時記錄和分析測試數據,提供詳細的性能報告和數據圖表,幫助用戶快速了解電池性能和優化設計。通過及時的數據反饋,用戶可以迅速對電池的設計和運行參數進行調整,以提升電池的性能和效率。
  • 靈活的配置選項:可根據不同的測試需求進行靈活配置,滿足各種研究和開發要求。用戶可以根據具體的實驗需要,選擇不同的測試模塊、傳感器和配件,構建適合自己的測試平臺,從而實現對不同類型和規格的聚合物電解質燃料電池的全面評估。


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