一种用于质子交换膜电导率测试的夹具的制作方法

本发明涉及一种电导率的测试夹具，特别是涉及一种用于质子交换膜质子电导率测试的夹具，将它与电化学工作站结合，采用交流阻抗的方法进行膜质子、离子电导率的测定。

技术背景

如今，能源问题受到了广泛关注，燃料电池则因其高的能量利用率、低的污染排放物和安全全环保而成为新能源技术发展的重要方向。其中，质子交换膜燃料电池因其优良的性能而受到人们的广泛关注并已实现小范围的商业化。质子交换膜作为电池的重要组成部分，人们就膜的不同结构对其性能的影响进行了广泛研究。在新型质子交换膜的性能测试中，电导率作为一个重要的参数常常需要被快速地检测。但是，目前的质子交换膜电导率测试夹具仍有很多缺陷，如在测试过程中，质子交换膜会出现水汽结露、测试设备与电极连接时造成电压电极与膜的接触点发生移动而极易发生电极间距离的改变及接触不良等现象，并且大多数测试用夹具都采用镀镍不锈钢鳄鱼夹进行电极与导线之间的连接，在此，镀镍不锈钢鳄鱼夹的质量将很大程度地影响测试结果。

目前，质子交换膜电导率的测试方法主要采用交流阻抗，其具体又分为两电极法和四电极法。相对于两电极法，四电极法具有操作方便、精确度高、对样品尺寸无严格要求，并且四电极法还有一个很大的优点，即它不需要校准。所以很多科研人员都利用四电极的方法进行质子交换膜电导率的测定，但是其测试夹具中所存在的问题依旧没有得到很好解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有的技术不足，提供一种结构简单、操作方便、测量准确性高的质子交换膜电导率测试夹具。

为了达到上述发明目的，本测试夹具采用如下技术方案：

用于质子交换膜电导率测试的夹具，其特征在于夹具由上、下两个部分构成，上部称为四电极固定架，包括上座及2个电压电极固定板，上座开有用于电压电极的金属丝的贯穿孔、膜平展窗和观察窗，下部称为质子交换膜支撑底座，底座设置电压电极固定接触柱、膜平展窗、观察窗和防水结露孔；

由铝、铜等金属箔，或碳布、碳纸等制成T形的电流电极，将2个T形的电流电极分别置于支撑底座上，保持电流导出端位于膜平展窗内。

将质子交换膜切割成宽10x长40 mm的条状，横跨支撑底座的2个电压电极固定接触柱，安放在支撑底座的T形电流电极之上。

安放四电极固定架，用4个螺丝将上、下两部分松散结合，手持上下两部分保持接触，通过膜平展窗用镊子调节膜、使之保持平展，旋紧螺丝将上、下两部分紧固。

将用作电压电极的金属丝从四电极固定架顶部的椅背与椅面相交处的贯穿孔穿过，调整金属丝尖端与支撑底座上的两个电压电极固定接触柱的圆锥形尖端相抵、对齐，安装椅背部的电压电极固定板1，保持圆锥形尖端与金属丝尖端处于相抵状态，旋紧螺丝将电压电极紧固。

折弯电压电极金属丝，或调整预先已折弯的电压电极金属丝，盖上电压电极固定板2，保持圆锥形尖端与金属丝尖端处于相抵状态，旋紧螺丝将电压电极进一步紧固，然后进行电导率测定。

上述测试夹具中四电极固定架的基本形状为椅形，且椅背及顶部位置有螺纹孔，分别用于以平板固定电压电极。

上述测试夹具中，四电极固定架中的电压电极分别在椅背部及顶部使用电压电极固定板1及2两次固定。

上述测试夹具中四电极固定架中两个电压电极与支撑底座中的两个电极固定接触柱对齐、相抵。

上述测试夹具中四电极固定架中的膜平展窗与支撑底座中的膜平展窗对齐，且窗的形状可设计为楔形、方形、圆柱形等。

上述测试夹具中四电极固定架上的观察窗与支撑底座上的观察窗对齐。

上述测试夹具中在支撑底座电极固定接触柱前后各有一个通孔作为防水汽结露孔。

根据权利要求1所述的用于质子交换膜电导率测试的夹具，其特征在于：电极固定架和支撑底座通过四个螺丝将其紧固在一起，进行电导率的测定。

上述测试夹具中模具的制作材料可以根据使用温度进行选择，在低温、高温测定时选择聚四氟乙烯、陶瓷等耐高温绝缘材料，在中温测定时除上述材料外，还可以选择有机玻璃、工程塑料等。

本发明的基本原理：

将两块聚四氟乙烯模具利用螺丝紧固在一起，用于四电极膜电导率的测试。上部分四电极固定架包括上座及2个电压电极固定板1、2，上座开有膜平展窗3、观察窗4、电压电极孔5及紧固螺孔6，下部分膜支撑底座上开有膜平展窗7、电极固定接触柱8、观察窗9、紧固螺孔10和防水节结露孔11。在测试过程中，将膜放在四电极固定架和膜支撑底座之间，电压电极及电流电极与测试连接导线通过接线柱或鳄鱼夹相连，电压电极采用电压电极固定板1及2两次固定，保证了电压电极与膜的接触状态及2电极间的位置和距离保持稳定、一致。电压电极下端与膜支撑底座中的电极固定接触柱8相抵，利用膜平展窗3或7将膜用镊子拉平并用螺丝紧固后测量。在测试过程中，两个电压电极之间的膜为悬空状态，并且在膜支撑底座中有两个防水结露孔11可以很好地防止测试过程中膜上出现水汽结露现象。

本发明与现有技术相比较，具有以下优势：

（1）本发明可以很好地应用于一定湿度的气氛环境中测量并有效地防止水汽结露现象的出现；

（2）本发明多次测试过程中，不需要每一次测量两电压电极之间的距离，其值固定为膜支撑底座中电极固定接触柱之间的距离，便于计算；

（3）本发明在支撑底座中引入电极固定接触柱，可以确保电压电极与膜及电极接触柱之间良好的接触，进而保证测试结果的准确性；

（4）本发明结构简单，操作方便。

附图说明

图1是测试夹具四电极固定架的三维图；

图2是测试夹具质子交换膜支撑底座的三维图；

图3是测试夹具四电极固定架上座的各方向结构视图；

图4是测试夹具四电极固定架电压电极固定板的各方向结构视图；

图5是测试夹具质子交换膜支撑底座的各方向结构视图；

其中，1、2-电压电极固定板，3-上座膜平展窗，4-上座观察窗，5-电压电极孔，6-螺孔，7-下座膜平展窗，8-电压电极固定接触柱，9-下座观察窗，10-下座螺孔，11-防水结露孔。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明进一步说明。

图1、2是测试夹具三维图，夹具包含上、下两部分，上部分为聚四氟乙烯制作的电极固定架，其主要尺寸如下：轮廓尺寸为50*30*30 mm，电压电极插入槽5直径为0.5 mm，膜平展窗3为10*10*10 mm的楔形，观察窗3为5*16 mm，电压电极固定板使用M3的螺纹，四电极固定架上座及电压电极固定板的各方向结构视图如图3、4所示；下部分为聚四氟乙烯膜支撑底座，其主要尺寸如下：轮廓尺寸为50*30*30 mm，两电极固定接触柱8间距为10 mm，膜平展窗7为10*10*10 mm的楔形，防水结露孔11的直径为5 mm，观察窗9为10*16 mm，上下部分利用M5的螺丝紧固，膜支撑底座的各方向结构视图如图5所示。

具体操作如下：

取两根φ0.5*50 mm的Pt丝并将其插入电极插入槽中作为电压电极，采取一定厚度的铝箔作为电流电极，切割、折叠成T形，取厚度0.2 mm，经过前处理，待测试用的膜，准确裁剪成长40*宽10 mm的测试条，并将其放在置于膜支撑底座上的T形电流电极上，保持电流电极的电流导出端位于膜平展窗内，安放四电极固定架上座，通过观察窗调节膜的位置使其中线位于两电极固定接触柱所在的直线，利用螺丝使夹具上下两部分松散结合，并使用镊子在膜平展窗调节待测膜水平，旋紧螺丝紧固，调节Pt丝高度，使其与膜相接触并与电极固定接触柱相抵，然后利用电极固定板1将Pt丝电极固定，折弯电压电极Pt丝，或调整预先已折弯的电压电极Pt丝，盖上电压电极固定板2，保持圆锥形尖端与金属丝尖端处于相抵状态，旋紧螺丝将电压电极进一步紧固，然后使用电化学工作站进行交流阻抗测试。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。