一种燃料电池多用途测试系统及应用技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池多用途测试系统及应用，该系统包括：压力测试与显示装置：用于对待测试件进行加压测试；显微观测装置：用于加压测试过程中对待测试件进行显微观测；电化学测试装置：用于对待测试件进行欧姆阻抗测试；处理与显示装置：分别连接压力测试与显示装置、显微观测装置和电化学测试装置，所述的处理与显示装置用于测试结果的处理与显示。该系统可用于燃料电池碳纸或膜电极压缩测试、燃料电池双极板欧姆阻抗测试。与现有技术相比，本发明专利技术具有易于操作、易于控制和测试精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池多用途测试系统及应用
本专利技术涉及燃料电池及其器件测试分析
，尤其是涉及一种燃料电池多用途测试系统及应用。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种将氢气和空气中的化学能通过电化学反应的方式转化为电能的转换装置。作为新能源技术重要的研究方向，质子燃料电池的发展在稳定能源供给，改善能源结构和减少环境污染等方面具有十分重要的意义。燃料电池主要由双极板和膜电极组成。其中，膜电极又由碳纸、微孔层、催化层和质子交换膜等组成。燃料电池中碳纸或膜电极在装配过程在中的压缩特性，以及双极板与碳纸间的欧姆阻抗(包括接触电阻和体电阻)，对燃料电池的性能和寿命均有较大的影响。因此，准确测量和分析不同装配条件碳纸或膜电极的压缩特性和双极板与碳纸间的欧姆阻抗，是优化膜电极和双极板等部件结构，进而提高燃料电池性能和寿命的重要途径之一。由于碳纸或膜电极压缩特性的测试，以及双极板与碳纸间欧姆阻抗的测试，均需要在特定压力条件下进行，因而测试时需要采用具有一定精度的压力加载装置对其施加压力。此外，膜电极、碳纸和双极板的厚向尺寸非常小，通常接近微米级别，属于介观或微观尺寸结构。因此，对膜电极、碳纸和双极板厚度方向同时进行压缩变形特征分析、压缩率以及欧姆阻抗测试难度较大。此外，在膜电极、碳纸和双极板压缩变形观测及欧姆阻抗测试过程中，需要对其精确施加0.4～3.0MPa的压力。在此压力条件下，膜电极、碳纸和双极板的尺寸变形测量精度需精确至5～10μm，因而进一步增加了其特定压力条件下压缩变形特征分析、压缩率以及欧姆阻抗测试。目前，能实现特定压力条件下微小结构压缩测试分析，并同时能对受压试件进行欧姆阻抗测试的专利未见报道。已有的专利主要为宏观尺寸试件的压力加载及变形测试。中国专利CN103335883A专利技术了一种薄板材料压缩辅助工具，但其主要作用是防止压缩实验过程中材料失稳。中国专利CN210269435U提出了一种恒压加载压力试验机，但主要用于解决宏观尺度金属和非金属材料连续进行力学实验的问题。中国专利CN210132291U提出了一种可调恒压力夹紧装置，但其加载压力无法实时显示。中国专利CN209727839U提出了一种可在恒载荷条件下进行腐蚀测试的装置，但其只能实现拉伸载荷条件下的腐蚀测试。中国专利CN106198614A专利技术了一种可在特定压力的加压装置，但该装置主要用于热导率的测试。此外，上述专利均无法对特定压力条件下受压试件的微小变形直接进行观测。因此，克服现有加压测试装置和方法的不足，实现燃料电池等领域中超薄器件压缩变形观测分析和特定压力条件下导电导热等理化性能测试，进而满足燃料电池部件高精度匹配的需求，对提高燃料电池等产品的性能和寿命，提高产品市场竞争力具有十分重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池多用途测试系统及应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池多用途测试系统，该系统包括：压力测试与显示装置：用于对待测试件进行加压测试；显微观测装置：用于加压测试过程中对待测试件进行显微观测；电化学测试装置：用于对待测试件进行欧姆阻抗测试；处理与显示装置：分别连接压力测试与显示装置、显微观测装置和电化学测试装置，所述的处理与显示装置用于测试结果的处理与显示。优选地，所述的压力测试与显示装置包括加载机架、测试垫板、绝缘垫板和加压组件，所述的加压组件活动安装在加载机架一端部，所述的绝缘垫板设置在加载机架的另一端部，所述的测试垫板设置两块并设置在加载机架上绝缘垫板和加压组件之间，两块测试垫板之间用于夹持待测试件。优选地，所述的加压组件包括压力传感与显示器、加载压头、增压螺杆和增压手柄，所述的增压螺杆活动安装在加载机架上，所述的增压螺杆一端连接加载压头，另一端连接增压手柄，所述的压力传感与显示器设置在所述的增压螺杆和加载压头之间，所述的加载压头与所述的测试垫板正对设置。优选地，所述的测试垫板包括镀金铜板或钢板中的一种，当仅进行加压测试时，测试垫板选用镀金铜板或钢板中的任意一种，当仅进行欧姆阻抗测试或欧姆阻抗测试与加压测试同步进行时，测试垫板选用镀金铜板。优选地，所述的加载压头包括镀金铜板或钢板中的一种。优选地，所述的显微观测装置包括光学显微镜和显微观测软件系统，所述的压力测试与显示装置置于光学显微镜下方。优选地，所述的电化学测试装置包括电化学工作站和电化学测试软件。优选地，所述的处理与显示装置包括电脑主机和显示器。优选地，该系统用于燃料电池碳纸或膜电极压缩测试，具体为：将待测试件置于压力测试与显示装置中，对待测试件施加压力至设定压力后保持压力不变；将压力测试与显示装置放置于显微观测装置下方，对待测试件进行观测；改变压力测试与显示装置对待测试件的施压大小，在不同压力条件下对待测试件的受压变形进行观测。优选地，该系统用于燃料电池双极板欧姆阻抗测试，具体为：将待测试件置于压力测试与显示装置中，对待测试件施加压力至设定压力后保持压力不变；开启电化学测试装置，采用线性伏安扫描法，从选定的初始电压U0扫描至终止电压U1，获取对待测试件的欧姆阻抗测试曲线；对待测试件的欧姆阻抗测试曲线斜坡段斜率进行计算，该斜率即为待测试件的欧姆阻抗值；改变压力测试与显示装置对待测试件的施压大小，对不同加载压力下的接触电阻进行测试。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术中可实现特定压力条件下微小结构压缩变形特征的实时观测，并可以根据显微测试结果计算分析待测试件的压缩变形率。(2)本专利技术中可实现特定压力条件下微小结构变形特性观察的同时，可实现其欧姆阻抗随压强变化曲线的测试分析。(3)本专利技术中的压力测试与显示装置可放置于显微镜载物台上，并且在压缩观测或欧姆阻抗测试时，可根据需要对待测试件所受压力进行实时调整。(4)本专利技术具有易于操作、易于控制和测试精度高等特点。附图说明图1为燃料电池多用途测试系统结构图；图2为燃料电池多用途测试增压装置结构图；图3为碳纸在不同流道结构和加载压力下压缩测试示意图；图4为碳纸在不同加载压力下接触电阻测试示意图；图5为0.5～2.0MPa压力下镀金铜板和商业碳纸SGL28BC欧姆阻抗测试曲线；图6为0.5～2.0MPa压力下SS316L不锈钢双极板试样和商业碳纸SGL28BC欧姆阻抗测试曲线；图7为0.5～2.0MPa压力下SS316L不锈钢双极板试样和商业碳纸SGL28BC接触电阻变化曲线。图中，110为加载机架，120为压力传感与显示器，130为加载压头，140为测试垫板，150为绝缘垫板，160为待测试件，161为燃料电池中的双极板，162为燃料电池中的碳纸，170为增压螺杆，180为增压手柄，210为光学显微镜，310为电化学工作站，410为电脑主机，510为显示器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池多用途测试系统，其特征在于，该系统包括：/n压力测试与显示装置：用于对待测试件进行加压测试；/n显微观测装置：用于加压测试过程中对待测试件进行显微观测；/n电化学测试装置：用于对待测试件进行欧姆阻抗测试；/n处理与显示装置：分别连接压力测试与显示装置、显微观测装置和电化学测试装置，所述的处理与显示装置用于测试结果的处理与显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池多用途测试系统，其特征在于，该系统包括：
压力测试与显示装置：用于对待测试件进行加压测试；
显微观测装置：用于加压测试过程中对待测试件进行显微观测；
电化学测试装置：用于对待测试件进行欧姆阻抗测试；
处理与显示装置：分别连接压力测试与显示装置、显微观测装置和电化学测试装置，所述的处理与显示装置用于测试结果的处理与显示。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池多用途测试系统，其特征在于，所述的压力测试与显示装置包括加载机架(110)、测试垫板(140)、绝缘垫板(150)和加压组件，所述的加压组件活动安装在加载机架(110)一端部，所述的绝缘垫板(150)设置在加载机架(110)的另一端部，所述的测试垫板(140)设置两块并设置在加载机架(110)上绝缘垫板(150)和加压组件之间，两块测试垫板(140)之间用于夹持待测试件。


3.根据权利要求2所述的一种燃料电池多用途测试系统，其特征在于，所述的加压组件包括压力传感与显示器(120)、加载压头(130)、增压螺杆(170)和增压手柄(180)，所述的增压螺杆(170)活动安装在加载机架(110)上，所述的增压螺杆(170)一端连接加载压头(130)，另一端连接增压手柄(180)所述的压力传感与显示器(120)设置在所述的增压螺杆(170)和加载压头(130)之间，所述的加载压头(130)与所述的测试垫板(140)正对设置。


4.根据权利要求3所述的一种燃料电池多用途测试系统，其特征在于，所述的测试垫板(140)包括镀金铜板或钢板中的一种，当仅进行加压测试时，测试垫板(140)选用镀金铜板或钢板中的任意一种，当仅进行欧姆阻抗测试或欧姆阻抗测试与加压测试同步进行时，测试垫板(140)选用镀金铜板。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张存满，冷宇，明平文，杨代军，李冰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31