专利名称：双极板材料气密性的测试方法及其专用夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料气密性的测试方法，具体地说是一种质子交换膜燃料电池的双极板材料气密性的测试方法，此外，本发明还涉及该方法所采用的一种专用夹具。
背景技术：
质子交换膜燃料电池是一种通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电能的装置。该装置的核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，由两张多孔性的导电材料和夹在中间的一片质子交换膜组成。在质子交换膜与导电材料(如碳纸)的界面上附着有电化学催化剂。质子交换膜燃料电池的另一重要部件是双极板。双极板上含有可供气体(如氢气或空气)流通的通道和冷却剂(如空气或水)流通的通道。双极板具有气体流通道的一面与膜电极接触，并与膜电极共同形成一个相对密封的空间。
当氢气由燃料电池堆的氢气入口进入双极板与膜电极形成的空间后，透过多孔性的导电材料(如碳纸)到达催化剂的表面。在催化剂的作用下，氢气发生电化学反应，氢原子失去电子成为正离子(质子)。电子通过多孔性的导电材料(如碳纸)和导电双极板到达用电器，再通过导电双极板和多孔性的导电材料(如碳纸)到达膜电极另一侧的催化剂表面。在催化剂的作用下，电子与透过多孔性的导电材料(如碳纸)到达催化剂表面的氧化剂(如氧气)和通过质子交换膜到达催化剂表面的质子发生电化学反应，生成反应产物。
在质子交换膜燃料电池中，膜电极的两边是双极板。双极板的表面至少含有一条气体导流槽，导流槽为参加电极反应的气体提供了到达膜电极的通道。在反应中产生的反应产物(如水)通过气体导流槽排出电堆。冷却介质(如空气或水)流经双极板中的冷却通道，将反应中产生的热量带出电堆。双极板由导电材料经过模压、冲压或机械雕刻而成，为电子的流通提供了通道。双极板具有一定的强度，为膜电极提供了支撑。双极板具有一定的气密性，双极板、膜电极以及双极板与膜电极之间的密封材料把参加反应的燃料和氧化剂分开。
双极板的气密性对质子交换膜燃料电池非常关键。双极板一方面阻止燃料和氧化剂在燃料电池堆中发生混合，另一方面阻止氢燃料从燃料电池堆中泄露到外部。在质子交换膜燃料电池中，燃料和氧化剂是在不同的反应区域中进行反应的。若燃料和氧化剂在燃料电池堆中发生混合，则反应中的电子交换不通过外部的用电器，燃料电池的效率就会降低。燃料和氧化剂混合时的反应速度无法控制，可在短时间内释放大量的热量，引发燃烧或爆炸。若燃料泄露到燃料电池的外部，则不但会降低燃料电池的效率，而且一旦燃料在外界局部范围内浓度达到爆炸极限时，就会发生爆炸。
在现有的燃料电池制作工艺中，双极板的气密性是在燃料电池堆组装前进行测试的。这在一定程度上控制了燃料电池堆的质量，但是存在着以下缺陷(1)若发现是由于双极板材料造成的气密性不好而导致双极板无法使用，则所有已生产的双极板都不能使用，损失比较大，且无法补救。
(2)在一定气体压力下测试的双极板所组装成的电堆，无法保证在另一不同的气体压力下仍具有很好的气密性。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是为了克服上述的缺陷而提供的一种质子交换膜燃料电池双极板材料气密性的测试方法，此外，本发明还提供了该方法所采用的专用夹具。
发明内容
本发明是通过以下技术方案实现上述目的一种双极板材料气密性的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)使用待测试的双极板材料制成具有同样形状和尺寸的平板，由于在测试双极板材料的特性时，需要试验大量不同的材料，将不同的材料制成同样形状和尺寸的平板不仅方便试验，也使测试数据的对比更客观准确，(2)根据平板的结构形状制备一副夹具，该夹具对应平板的一侧设有气流通道，另一侧设有测试通道；(3)使用夹具夹紧平板；(4)在夹具的气流通道注入压力范围在0.01-0.5MPa的测试气体，测试气体可以是空气、氮气、氧气或氢气，这些都是燃料电池堆测试时常用的气体；(5)在夹具的测试通道使用气体流量计测量逸出气体的流速，根据流速的不同确定双极板材料的气密性能。
根据制造不同型号双极板的需要，不同批次的测试用平板，其形状可以是圆形或多边形，厚度可以是0.1-10mm之间。
一种测试双极板材料气密性的专用夹具，它包括上夹板和下夹板，在上夹板和下夹板上对应待测试的平板的边缘设置密封条，在上夹板上设有气流通道，在下夹板上设有测试通道。在上夹板和下夹板上设置密封条，是用于防止测试气体从平板的边缘泄漏，测试时，利用上、下夹板将平板夹紧，在气流通道中注入测试气体，在测试通道中使用气体流量计测量逸出气体的流速。
3、有益效果本发明与现有技术相比具有以下优点(1)无需将双极板材料加工成双极板成品后再测试其气密性能，因双极板制造成本很高且废品很难回收，所以有效降低了成本；(2)不同的材料都制成同样形状尺寸的平板进行测试，不仅使测试更方便，也使测试数据的对比更客观准确；(3)不同批次的测试平板可以根据需要制成不同的形状和厚度以适应测试要求；(4)注入的测试气体的压力可以在0.01-0.5MPa的很大范围内调节，以适应不同工作压力下双极板材料的气密性测试要求，相对与现有双极板必须制成成品并在固定的压力下进行测试，提高了测试数据的准确性；(5)实现该方法的专用夹具结构简单，使用方便。
四
图1本发明中专用夹具的结构示意图。
五具体实施例方式
实施例1一种双极板材料气密性的测试方法，该方法包括以下步骤(1)使用待测试的双极板材料制成形状是圆形，厚度是5mm的同样一批平板；(2)根据平板的结构形状制备一副夹具，该夹具对应平板的一侧设有气流通道，另一侧设有测试通道；(3)使用夹具夹紧平板；
(4)在夹具的气流通道注入压力0.2MPa的空气；(5)在夹具的测试通道使用气体流量计测量逸出气体的流速，根据流速的不同确定双极板材料的气密性能。
实施例2一种双极板材料气密性的测试方法，该方法包括以下步骤(1)使用待测试的双极板材料制成形状是四边形，厚度是8mm的同样一批平板；(2)根据平板的结构形状制备一副夹具，该夹具对应平板的一侧设有气流通道，另一侧设有测试通道；(3)使用夹具夹紧平板；(4)在夹具的气流通道注入压力0.4MPa的氮气；(5)在夹具的测试通道使用气体流量计测量逸出气体的流速，根据流速的不同确定双极板材料的气密性能。
为了实现上述测试方法，本发明还提供了一种专用夹具，它包括上夹板1和下夹板2，在上夹板1和下夹板2上对应待测试的平板3的边缘设置密封条4，在上夹板1上设有气流通道5，在下夹板2上设有测试通道6。在上夹板1和下夹板2上设置密封条4，是用于防止测试气体从平板3的四周泄漏，测试时，利用上、下夹板将平板3夹紧，在气流通道5中注入测试气体，在测试通道6中使用气体流量计测量逸出气体的流速。
权利要求
1.一种双极板材料气密性的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)使用不同待测试的双极板材料制成具有同样形状和尺寸的平板；(2)根据平板的结构形状制备一副夹具，该夹具对应平板的一侧设有气流通道，另一侧设有测试通道；(3)使用夹具夹紧平板；(4)在夹具的气流通道注入压力范围在0.01-0.5MPa的测试气体；(5)在夹具的测试通道使用气体流量计测量逸出气体的流速。
2.根据权利要求1所述的双极板材料气密性的测试方法，其特征在于在步骤(1)中，所述平板的形状是圆形或多边形。
3.根据权利要求1所述的双极板材料气密性的测试方法，其特征在于在步骤(1)中，所述平板的厚度是0.1-10mm。
4.根据权利要求1所述的双极板材料气密性的测试方法，其特征在于在步骤(4)中，所述测试气体是空气、氮气、氧气或氢气。
5.一种测试双极板材料气密性的专用夹具，其特征在于它包括上夹板(1)和下夹板(2)，在上夹板(1)和下夹板(2)上对应待测试的平板(3)的边缘设置密封条(4)，在上夹板(1)上设有气流通道(5)，在下夹板(2)上设有测试通道(6)。
全文摘要
本发明公开了一种双极板材料气密性的测试方法及其专用夹具，首先，使用待测试的双极板材料制成具有同样形状和尺寸的平板；根据平板的结构形状制备一副夹具，该夹具对应平板的一侧设有气流通道，另一侧设有测试通道；使用夹具夹紧平板；在夹具的气流通道注入压力范围在0.01－0.5MPa的测试气体；在夹具的测试通道使用气体流量计测量逸出气体的流速。该方法无需加工双极板成品后再测试其气密性能，有效降低了成本；不同的材料都制成同样形状尺寸的平板进行测试，不仅使测试更方便，也使测试数据的对比更客观准确；其测试压力可调，以适应不同工作压力下双极板材料的气密性测试要求，提高了测试数据的准确性。
文档编号G01M3/26GK1804571SQ20061003796
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者乔永庆, 沈建跃, 曲平, 康新 申请人:南京博能燃料电池有限责任公司