一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种工况器件层面红外光谱检测装置，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中；所述红外窗片流场为红外透射材料制成；所述红外窗片流场上设置有流道。该装置可以实现燃料电池或电解器在工况条件下进行红外光谱检测。况条件下进行红外光谱检测。况条件下进行红外光谱检测。

【技术实现步骤摘要】
一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置，属于燃料电池和电解器检测


技术介绍

[0002]随着化石燃料的加速消耗，以及CO2等温室气体的排放日益增多，人们开始更加迫切的追求高效且可持续的清洁能源利用方式。燃料电池通过电化学反应直接将化学能转化为电能，其不受卡诺循环限制，转化效率高，排放较少，清洁且高效。电解器通过电化学反应将电能以化学能的形式进行存储，随取随用。特别地，以CO2作为原料的电解器件，可以将CO2转化为增值化学品，同时还能消耗大量的温室气体，不仅可持续，还能够减少温室气体，改善自然界的环境。燃料电池和电解器的工作原理都是基于电化学反应，且器件的构成也类似。要设计高效的燃料电池和电解器，关键在于构建高效的电化学反应，这需要在分子层面对电化学反应具备深入的理解。分子光谱，如红外光谱，能够在分子层面深入认识电化学反应。然而，由于燃料电池和电解器的结构和工作环境比较复杂，催化剂被层层包裹在燃料电池和电解器中，红外光无法入射进去，因此目前的红外光谱检测仅能在简单的非工况模拟条件下进行，无法在燃料电池或电解器的工况条件下进行红外光谱检测。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种工况器件层面红外光谱检测方法及装置，可以有效解决上述问题。
[0004]本专利技术是这样实现的：
[0005]一种工况器件层面红外光谱检测装置，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中；所述红外窗片流场为红外透射材料制成；所述红外窗片流场上设置有流道。
[0006]作为进一步改进的，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽的卡接处进行密封处理。
[0007]作为进一步改进的，所述红外透射材料选自Si、CaF2、BaF2、ZnSe、Ge或金刚石中的一种或几种。
[0008]作为进一步改进的，所述流道选自蛇形流道、直通流道、平行流道、交指流道、点状流道、螺旋流道、仿生流道或复合流道中的一种或几种。
[0009]作为进一步改进的，所述流道的深度为0.1
‑
2mm。
[0010]一种工况器件层面红外光谱检测方法，应用上述的工况器件层面红外光谱检测装置，包括以下步骤：以所述工况器件层面红外光谱检测装置的膜电极为燃料电池或电解器的电极，运行燃料电池或电解器，将红外光谱仪的红外光对着所述所述红外窗片流场，在工况条件下进行红外光谱检测。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术的工况器件层面红外光谱检测装置中，所述红外窗片流场为红外透射材料制成，红外光可以穿过红外窗片检测膜电极上的催化层，通过收集全反射的隐失波来获得电化学反应过程中的分子信息实现红外光谱的检测；同时，所述红外窗片流场上设置有流道，所述流道用于气体传输，形成气相，从而与催化剂(固相)、聚合物电解质(液相)共同构成固液气三相反应界面的实际工况条件，实现在燃料电池或电解器的工况条件下进行红外光谱检测，为工况条件下的反应过程、反应机制和生成机理的研究提供了研究方法。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014]图1是本专利技术实施例1提供的工况器件层面红外光谱检测装置的组装图。
[0015]图2是本专利技术实施例2提供的工况器件层面红外光谱检测装置的检测原理图。
[0016]图3是本专利技术实施例2提供的工况器件层面红外光谱检测装置的检测红外光谱图。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术实施例提供一种工况器件层面红外光谱检测装置，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中。所述红外窗片流场为红外透射材料制成，红外检测仪的红外光可以穿过红外窗片，隐失波进入膜电极上的催化层，通过收集全反射的隐失波来获得电化学反应过程中的分子信息实现红外光谱的检测。所述红外窗片流场上设置有流道，所述流道用于气体传输，形成气相，从而与催化剂(固相)、聚合物电解质(液相)共同构成固液气三相反应界面的实际工况条件。
[0019]作为进一步改进的，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽的卡接处进行密封处理，防止气体通过红外窗片流场时泄露。
[0020]作为进一步改进的，所述红外透射材料选自Si、CaF2、BaF2、ZnSe、Ge或金刚石中的一种或几种。此材料均可实现红外穿透。
[0021]作为进一步改进的，所述流道选自蛇形流道、直通流道、平行流道、交指流道、点状流道、螺旋流道、仿生流道或复合流道中的一种或几种。此流道均可用于气体传输。
[0022]作为进一步改进的，所述膜电极为将阳极催化剂与负载有阴极催化剂的阴离子交换膜组装而成。
[0023]作为进一步改进的，所述流道的深度为0.1
‑
2mm。此深度不会影响红外信号的采集。
[0024]本专利技术实施例提供一种工况器件层面红外光谱检测方法，应用上述的工况器件层面红外光谱检测装置，包括以下步骤：将所述工况器件层面红外光谱检测装置的膜电极为燃料电池或电解器的电极，运行燃料电池或电解器，将红外光谱仪的红外光对着所述所述红外窗片流场，在工况条件下进行红外光谱检测。
[0025]实施例1
[0026]红外窗片流道的刻蚀
[0027]步骤1：红外硅窗片的刻蚀：取底面为长度为26mm宽度为13mm，顶面为长26mm宽度为26mm，高度为13mm的红外硅窗片，用激光打标机在其顶面打出长度为0.1
‑
2mm深度为0.1
‑
2mm的蛇形流道。红外硅窗片为硅材料制成。
[0028]红外硅窗片与红外窗片金属卡槽的密封
[0029]步骤2：红外硅窗片与红外窗片金属卡槽卡接后，两者之间隙通过涂硅胶来密封。
[0030]阴极催化剂的制备
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，包括石墨流场、膜电极、红外窗片卡槽及红外窗片流场；所述石墨流场、膜电极和红外窗片卡槽依次叠放在一起，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽中；所述红外窗片流场为红外透射材料制成；所述红外窗片流场上设置有流道。2.根据权利要求1所述的工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，所述红外窗片流场卡接于所述红外窗片流场卡槽的卡接处进行密封处理。3.根据权利要求1所述的工况器件层面红外光谱检测装置，其特征在于，所述红外透射材料选自Si、CaF2、BaF2、ZnSe、Ge或金刚石中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的工况器...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶进裕，邱春禹，王宇成，周志有，孙世刚，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：