膜电极串漏点检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种膜电极串漏点检测装置及检测方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其在使用过程中具有绿色无污染的环境友好特性，使其在交通运输、电力等领域具有巨大的应用潜力。膜电极作为燃料电池的核心部件，是决定燃料电池性能的关键。燃料电池正常运行时，质子交换膜主要起到传导质子和阻隔燃料氢气和氧化剂空气的作用，然而燃料电池在长期运行或异常情况下，质子交换膜会发生化学衰减及机械损伤，造成膜电极穿孔漏点，氢气和氧气直接接触，在催化剂的作用下直接发生剧烈的化学反应，同时放出热量，产生局部热点，继续加速膜电极衰退，最终造成电池输出性能下降，甚至串漏达到临界值时有发生爆炸的安全隐患。

现有膜电极漏点检测技术中主要有以下几种：在阴极腔体通入氧化剂，阳极腔体中通入燃料气体，开路状态下，如果膜电极中存在漏点，阳极的燃料气体会穿过质子膜直接进入到阴极腔体中，并形成混合电势，导致单电池开路电压下降。通过提高燃料气体的压力，使阴阳极腔体形成一定的压差，促使阳极更多的燃料气体进入到阴极腔体中，然后通过开路电压的下降情况快速判断串漏单片，但该方法需要进行装堆，操作复杂，且气体出口部分气体排出较快，难以识别部分串漏膜电极单片。其次是红外线仪检测方法，通过膜电极泄漏的氢气直接在催化剂作用下发生反应，并产生反应热来定位泄漏点位置的装置，该方法可定位泄漏点的位置，但需要辅助复杂的仪器设备。还有采用压差检测方法测试膜电极串漏，这种方法一般在膜电极一侧施加带压气体，另一侧使用较小压力或者维持一定真空度，在这种配置下，膜电极两侧形成一定压力差，高压气体在压差作用下会穿过膜电极串漏点，形成一定的气流量，以此判断膜电极是否完好，但是这种方法无法准确识别出膜电极串漏点的具体位置。这种方法可以作为膜电极出厂气密检筛选方式，但是不能准确识别出失效膜电极的串漏点，无法为膜电极失效模式分析提供有效手段。

现有技术存在不能快速准确检测出膜电极CCM失效串漏点的问题，且在检测中存在对膜电极的损伤。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种膜电极串漏点检测装置及检测方法，至少部分的解决现有技术中存在的不能快速准确检测出膜电极CCM失效串漏点的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种膜电极串漏点检测装置，包括：观测板、显色纸、碳纸、钛毡、多孔底板、可充压水仓、密封及紧固装置；

所述观测板、显色纸、碳纸、钛毡和多孔底板依次叠加在一起，所述密封及紧固装置将观测板和多孔底板固定；所述多孔底板的一面设置钛毡，所述多孔底板的另一面设置在可充压水仓上。

可选的，所述观测板采用透明质材料制成，所述观测板与显色纸接触的一面为粗糙面。

可选的，所述显色纸为遇水显色型纸张。

可选的，所述显色纸包括水敏纸或水写纸。

可选的，所述多孔底板包括多孔区和无孔区，所述多孔区的面积与钛毡的面积相同。

可选的，所述无孔区设有密封圈。

可选的，紧固装置为紧固螺栓。

可选的，还包括支撑底座、水泵和水压阀；

所述可充压水仓设置在支撑底座上，所述水泵通过管道与可充压水仓连通，所述水压阀设置在水泵与可充压水仓之间的管道上。

第二方面，本公开实施例还提供了一种膜电极串漏点检测方法，使用第一方面任一所述的装置，将钛毡、碳纸、待测物、显色纸依次放置于多孔板上方，通过紧固装置进行紧固，并通过紧固装置调节压紧力，确保待测物和水敏纸紧固后保持平整，向可充压水仓通入去离子水，待水仓可充压水仓充满去离子水后，调节可充压水仓内的水压至设定值，通过上观测板观察显色纸的变色位置，记录变色位置为膜电极串漏点。

可选的，所述待测物包括，阴极催化层、阳极催化层和质子交换膜的三合一结构；

以及阴极催化层、阳极催化层、质子交换膜和双侧边框的五合一结构。

本发明提供的膜电极串漏点检测装置及检测方法，其中该膜电极串漏点检测装置，通过显色纸可以检测串漏点，从而达到快速准确检测出膜电极CCM失效串漏点的目的。

检测装置不需要抽真空或在两侧施加不同压力，而仅在一侧施加一定水压，且两侧使用平板进行夹紧，避免了对膜电极两侧较大压差下可能造成的二次机械损伤。无需进行装堆，操作简便，无需红外成像等复杂装置，且能够对膜电极的串漏点进行快速识别。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为本公开实施例提供的膜电极串漏点检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

名称解释：PEMFC:质子交换膜燃料电池；

PEM：质子交换膜；

ACL：阳极催化层；

CCL：阴极催化层；

CCM：催化剂涂覆膜；

GDL：气体扩散层；

MEA：膜电极。

本实施公开了一种膜电极串漏点检测装置，包括：观测板、显色纸、碳纸、钛毡、多孔底板、可充压水仓、密封及紧固装置；

所述观测板、显色纸、碳纸、钛毡和多孔底板依次叠加在一起，所述密封及紧固装置将观测板和多孔底板固定；所述多孔底板的一面设置钛毡，所述多孔底板的另一面设置在可充压水仓上。

可选的，所述观测板采用透明质材料制成，所述观测板与显色纸接触的一面为粗糙面。

可选的，所述显色纸为遇水显色型纸张。

可选的，所述显色纸包括水敏纸或水写纸。

可选的，所述多孔底板包括多孔区和无孔区，所述多孔区的面积与钛毡的面积相同。

可选的，所述无孔区设有密封圈。

可选的，紧固装置为紧固螺栓。

可选的，还包括支撑底座、水泵和水压阀；

所述可充压水仓设置在支撑底座上，所述水泵通过管道与可充压水仓连通，所述水压阀设置在水泵与可充压水仓之间的管道上。

如图1所示，装置主要包括上观测板1、显色纸2、CCM3、碳纸4、钛毡5、多孔底板6、可充压水仓7、支撑底座8、水泵9、水压阀10、密封圈11和紧固螺栓12，CCM检测形式可以是阴阳极催化层/质子交换膜的三合一结构，也可以是阴阳极催化层/质子交换膜/双侧边框的五合一结构。上观测板1为有机玻璃等透明质材料制成，下表面为粗糙面；透明观测板下放置显色纸，显色纸2可以是水敏纸或水写纸等遇水显色型纸张，且显色纸在使用过程中不会对膜电极造成二次损伤和污染。显色纸2、碳纸4、钛毡5尺寸与CCM3活性区尺寸一致；多孔板6为有机玻璃材质，且作为水仓上盖板固定连接，且附有的多孔区尺寸与钛毡5一致，且上表面外周无孔区设有与钛毡5尺寸一致的密封圈11，实现结构密封；测试时，将钛毡5、碳纸4、CCM3及显色纸2依次放置于多孔板5上方，然后通过紧固螺栓12进行紧固，通过紧固螺栓调节压紧力，同时确保CCM和水敏纸紧固后保持平整，紧贴上观测板下表面。缓慢向水仓7通入去离子水，待水仓充满后，调节水压阀10至合适值，稳定一段时间，通过上观测板观察显色纸2有无变化，及时标记出现变色的位置，记录为膜电极串漏点。

本实施例公开的装置检测膜电极串漏，结构简单，操作简便，可以快速确定膜电极具体串漏点；单侧加压，避免真空或双侧加压时，压差较大，较难控制造成的二次机械损伤。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。

还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。