专利名称：一种膜电极中炭腐蚀的在线检测方法
技术领域：
本发明涉及质子交换膜燃料电池运行过程中，检测炭腐蚀生成的气体的方法，具体涉及一种在线检测膜电极中的炭腐蚀情况的方法。
背景技术：
燃料电池是一种可以直接将化学能转换为电能的能量转换装置。与其他的储能电池相比，只要能够源源不断的为燃料电池提供反应物质，燃料电池就能持续不断的运行下去，其能源效率可以达到60 % 80 % (热机一般为30 %左右)，实际使用效率是普通内燃机的两倍。质子交换膜燃料电池具有可室温快速启动，无电解液的流失、无污染物的排出，比功率和比能量高等特点，在未来的以氢为主要能量载体的氢能时代，有望替代目前常用的能量转化装置，成为电动车和不依靠空气推进潜艇的理想候选电源之一，是军用和民用的一种新型可移动动力源。近年来，在技术进步的推动下，PEMFC存在的许多技术问题已经得到了很好的解决，使PEMFC接近了商业化的阶段。但是，目前完全实现PEMFC商业化仍然存在着一些急需解决的问题，例如2004年Knights等人发现在阴极氧气不足的情况下从阳极穿过膜的氢质子能再度变成氢气，使电池发生反极现象。此时，阴极电势降低，阳极电位回升，超过水的分解电位和碳的氧化电位，阳极的炭载体发生腐蚀，从而造成催化剂颗粒的流失，导致催化剂的活性表面积下降很快。Tang等人在2006年研究燃料电池开车停车过程中炭载体的腐蚀情况时发现，在开车停车的瞬间，燃料电池阳极能形成一个空气和燃料气的分界面，使电池阴极的电位升高至1. 5V左右，恶化和加速了阴极侧炭载体的氧化腐蚀，催化剂的活性急剧下降，电池性能衰减严重。腐蚀情况如下式所示
权利要求
1.一种膜电极中炭腐蚀的在线检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤；(1)将正常运行的燃料电池的阳极出口的尾气或阴极出口的尾气通入三通阀，三通阀的一个端口与阳极出口的尾气或阴极出口的尾气相连通，第二个端口与大气相通，第三个端口与气体转化炉入口相连，阳极出口的尾气或阴极出口的尾气经三通阀流向转换，实现尾气向气体转化炉中的随时采集；(2)尾气于气体转化炉中实现COx的甲烷化，χ= 1或2 ；(3)由气体转化炉的气体出口流出的转化好的气体经手动进样装置或自动进样装置与气体检测设备相连，测试燃料电池MEA中的炭腐蚀生成气体COx浓度。
2.根据权利要求1所述在线检测方法，其特征在于所述自动进样装置为六通阀、八通阀、十通阀；所述三通阀为气体平面三通阀或三通电磁阀；所述手动进样装置为注射器，进行离线进样。
3.根据权利要求1所述在线检测方法，其特征在于所述气体转化炉为实现COx— CH4 的气体转化炉，χ = 1或2;气体转化炉内装填有COx甲烷化催化剂，所采用的还原剂为氢气。
4.根据权利要求1或3所述在线检测方法，其特征在于所述气体转化炉中设置电加热装置，在气体转化炉上设置控温仪，控温仪与电加热装置电连接，所控温度为0°C 400 "C。
5.根据权利要求3所述在线检测方法，其特征在于所用的催化剂为Fe基、Ni基、 Co基或Ru基负载催化剂，其载体主要为A1203、ZrO2, TiO2、海泡石或Si02。
6.根据权利要求1所述在线检测方法，其特征在于所述气体检测设备为气相色谱仪，气相色谱仪所用的色谱柱为碳分子筛或5A分子筛的填充柱。
全文摘要
本发明公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极(MEA)中炭腐蚀情况的在线检测方法。该方法采用COx转化炉和气体检测设备测试MEA在实际运行过程中炭腐蚀情况。将正常运行的燃料电池的阳极出口的尾气或阴极出口的尾气通过气体控制器进入COx转化炉，经过转化炉转化后的尾气进入气体检测设备，从而得到炭腐蚀的情况。该测试方法包括尾气控制器，气体转化炉，催化剂，温度控制器，进样系统，气体检测设备及气体管路。本检测方法能实现在线自动检测MEA中炭腐蚀产物的浓度，能及时、准确反映炭的腐蚀情况，并且测试过程简单、易控、重复性好。
文档编号G01N30/02GK102297906SQ201010210069
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者张华民, 王美日, 邱艳玲, 钟和香 申请人:中国科学院大连化学物理研究所