专利名称：燃料电池催化剂测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于同步辐射原位测试的燃料电池催化剂测试装置。
背景技术：
随着电子和信息产业的发展特别是近年来笔记本电脑、移动电话、数码相机以及军用电子设备高能耗的发展趋势，传统的镍氢电池和锂离子电池等作为电子设备的功能技术已难以满足未来电子产品对便携式电源在高能量密度和长使用时间方面的要求。燃料电池是ー种较早提出的用于替代二次电池的能量转换技术，它的连续使用时间要比同等体积的镍氢电池长20倍，并且通过对燃料电池注入燃料可实现连续使用。与二次电池相比，燃料电池具有能量转换率高、能量密度高、环境友好、噪音低和性能可靠等优点，因此被认为是提高便携式电源的能量密度和延长其使用时间的最有前途的技术之 燃料电池性能的好坏很大程度上取决于所选用的催化剂，尽管传统的Pt/C催化剂在电化学催化过程中提供低过电势和高稳定性，被认为是燃料电池的最佳催化剂，但其昂贵的价格和有限的储量严重限制了燃料电池技术的发展。因此开发非Pt催化剂的研究对于推动燃料电池的发展具有重要意义。催化剂的微观结构机理影响其性能，目前对催化剂结构的研究还只停留在电镜、非同步辐射衍射以及XPS(X射线光电子能谱)等方法，这些方法无法从根本上(即从催化剂的微观配位结构、活性原子的化学配位结构等方面)研究催化反应过程中催化剂与反应物的相互作用。此外催化过程中反应产物和反应过程尚不清楚，难以推断其关键催化活性位，阻碍了此类催化剂的进一歩研究。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种燃料电池催化剂测试装置，用于同步辐射原位测试，研究燃料电池工作时催化剂活性原子周围微观结构的变化，为催化剂催化机理的深层研究和催化剂的新型制备和推广提供依据和指导。基于上述目的，本实用新型所采用的技术方案为—种燃料电池催化剂测试装置，其包括膜电极组件，包括膜以及分别位于膜两侧的阴极和阳极；带有导线的两金属片，分别平行设置在阴极和阳极的远离膜的ー侧，两金属片上对应设有金属片窗ロ，两金属片窗ロ中对应设有金属条，金属条与相近的阴极或阳极接触；阴极支架，连接于靠近阴极的金属片的远离膜的ー侧，阴极支架上设有与金属片窗ロ对应的阴极支架窗ロ ；以及燃料流通単元，连接于靠近阳极的金属片的远离膜的ー侧，燃料流通単元包括与靠近阳极的金属片窗ロ连通的输入管道和输出管道。所述燃料流通単元包括第一胶带层，该第一胶带层覆盖在靠近阳极的金属片的远离膜的ー侧，输入管道和输出管道位于靠近阳极的金属片和第一胶带层之间。所述燃料流通単元包括阳极支架，该阳极支架上设有与金属片窗ロ对应的燃料窗ロ，输入管道和输出管道设置在阳极支架上且与燃料窗ロ连通，所述燃料流通单元还包括覆盖在燃料窗ロ的远离金属片的ー侧的第二胶带层。所述燃料电池催化剂测试装置，进ー步包括压片，该压片连接于燃料流通単元的远离金属片的一侧且设有与金属片窗ロ对应的压片窗ロ。所述输入管道和输出管道为毛细管。所述输入管道在竖直方向上的位置低于所述输出管道。所述靠近阴极的金属片与阴极之间、靠近阳极的金属片与阳极之间分别设有绝缘密封圏。所述金属条竖直且平行设置。所述金属条是横截面为等腰直角三角形的棱柱，该棱柱的最大侧面与金属片表面 平行且与相近的阴极或阳极接触。所述阴极支架窗ロ具有两个与金属片表面呈45°角的竖直侧壁，阴极支架窗ロ的远离膜的一侧的轮廓周长大于靠近膜的一侧的轮廓周长。所述金属片为铜片，所述金属条为铜条。所述阴极支架、阳极支架由有机玻璃制成。所述金属片、阴极支架、阳极支架和压片通过螺纹连接。所述燃料电池催化剂测试装置，进ー步包括槽型底座，该底座支撑在所述膜电极组件、金属片、阴极支架、阳极支架和压片下方。所述燃料电池催化剂测试装置，进ー步包括与所述底座连通的收集管道。本实用新型的燃料电池催化剂测试装置，包括平行设置在膜电极组件两侧的金属片以导出燃料电池工作过程中电化学反应所产生的电子，通过阴极支架提供固定和支撑，通过燃料流通単元形成燃料流通回路，可用于实现燃料电池催化剂的同步辐射原位测试，研究燃料电池工作时催化剂活性原子周围微观结构的变化，为催化剂催化机理的深层研究和催化剂的新型制备和推广提供依据和指导。
图I是本实用新型的燃料电池催化剂测试装置的立体图；图2是本实用新型的燃料电池催化剂测试装置的分解视图；图3是本实用新型的燃料电池催化剂测试装置的阳极支架的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。图I、图2和图3示出了本实用新型的燃料电池催化剂测试装置，其包括金属片2、阴极支架I、燃料流通单元以及膜电极组件，膜电极组件是实验者自己制备的测试样品，位于两片金属片之间，图中未示出。膜电极组件包括膜和分别位于膜两侧的电极，即阴极和阳极，阴极和阳极分别预装有待测试的阴极催化剂和阳极催化剂。两金属片2分别平行设置在阴极和阳极的远离膜的ー侧，两金属片2上对应地设有金属片窗ロ 23，两金属片窗ロ 23中对应地设有金属条21。优选地，竖直且平行设置的金属条21是横截面为等腰直角三角形的棱柱，该棱柱的最大侧面与金属片表面平行并且与相近的电极紧密接触，以及时导出燃料电池工作过程中电化学反应所产生的电子，同时固定燃料电池的核心部位一膜电极组件；棱柱的另外两个侧面则与金属片表面呈45°角，由于同步辐射原位测试中同步辐射光以45°角入射到电极上的催化剂表面，如此可有效减少测试过程中金属条对同步辐射光的散射，扩大了实验选点区域。金属片和金属条优选由具有高电导率的铜制成，并且不含有待测的催化剂中的元素，例如，若要测催化剂中的Fe，则金属片和金属条的材料中不能含有Fe。另外，每个金属片2上焊接有导线22，两导线22分别与燃料电池性能测试站相连以形成电路回路，用于控制同步辐射原位测试过程中燃料电池的输出功率。起固定支撑作用的阴极支架I连接于靠近阴极的金属片2的远离膜的ー侧，为了既要耐燃料电池中所使用的燃料的腐蚀，又要不含待测的催化剂中的元素，阴极支架I通
常由有机玻璃制成。阴极支架I上设有与金属片窗ロ 23对应的阴极支架窗ロ 11，因此阴极裸露在空气中，直接使用空气中的氧气作为氧化剂，避免了通过压カ瓶通入大量流动氧气从而对待测元素发出的荧光产生散射和吸收，影响测试結果。此外，阴极支架窗ロ 11具有两个优选与金属片表面呈45°角的竖直侧壁12，并且阴极支架窗ロ的远离膜的一侧的轮廓周长大于靠近膜的一侧的轮廓周长，如此可有效减少测试过程中侧壁12对同步辐射光的散射。燃料流通单元连接于靠近阳极的金属片的远离膜的ー侧，该燃料流通単元包括如图3所示的阳极支架3，同样地，阳极支架3优选由有机玻璃制成，并且设有与金属片窗ロ对应的燃料窗ロ 32，该燃料窗ロ 32与靠近阳极的金属片窗ロ直接连通，输入管道33和输出管道34分别设置在阳极支架的两侧且与燃料窗ロ 32连通，测试时输入管道33、输出管道34可分别通过硅胶管与外部的燃料存储装置(未示出)连通，并通过蠕动泵为燃料流通提供动カ，从而形成燃料回路，燃料从输入管道33流入，流经燃料窗ロ 32，并通过金属片窗ロ与电极上的催化剂接触并发生反应，然后从输出管道34流出。优选地，输入管道33在竖直方向上的位置低于输出管道34，如此可使燃料与电极上催化剂充分接触以利于反应的进行。燃料窗ロ 32的远离金属片的ー侧由胶带层4密封，该胶带层4优选采用康普顿胶带，康普顿胶带为测试专用胶带，本身不含有影响测试结果的杂质元素，并且对同步辐射光以及催化剂受同步辐射光激发所产生的荧光的散射较小。在进行阳极催化剂测试时，可根据需要选用较薄的阳极支架，并且采用毛细管作为输入管道和输出管道；也可以省略阳极支架，直接将胶带层覆盖在靠近阳极的金属片的远离膜的ー侧以形成密封，并在靠近阳极的金属片和胶带层之间插入作为输入管道和输出管道的毛细管，该毛细管直接与靠近阳极的金属片窗ロ连通以用于燃料流通，如此可減少燃料流量，以减小燃料对同步辐射光的散射。燃料流通単元的远离金属片的一侧可以通过压片5作进ー步固定，从而保证燃料流通回路的密封，压片5带有与金属片窗ロ 23对应的压片窗ロ 51的。另外，金属片、阴极支架、阳极支架、压片上分别设有对应的螺孔，通过用热缩管绝缘过的螺钉或螺栓彼此固定连接。靠近阴极的金属片与阴极之间、靠近阳极的金属片与阳极之间分别设有绝缘密封圏，以防止两金属片直接接触从而发生短路。该燃料电池催化剂测试装置还包括槽型底座6，该底座6支撑在所述膜电极组件、金属片、阴极支架、阳极支架和压片下方。优选地，阴极支架、阳极支架分别具有阴极支架卡脚13、阳极支架卡脚35，以便卡在底座6的槽壁中从而起到固定作用。底座6可通过螺钉或螺栓固定连接在同步辐射原位测试的样品台上，起到固定整个燃料电池催化剂测试装置和保护样品台不被因电化学反应或其它原因溢出的液体损坏的作用，并通过与底座6连通的收集管道63回收这些液体。 以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本 实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。
权利要求1.ー种燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，其包括 膜电极组件，包括膜以及分别位于膜两侧的阴极和阳极； 带有导线的两金属片，分别平行设置在阴极和阳极的远离膜的ー侧，两金属片上对应设有金属片窗ロ，两金属片窗ロ中对 应设有金属条，金属条与相近的阴极或阳极接触； 阴极支架，连接于靠近阴极的金属片的远离膜的ー侧，阴极支架上设有与金属片窗ロ对应的阴极支架窗ロ ；以及 燃料流通単元，连接于靠近阳极的金属片的远离膜的ー侧，燃料流通単元包括与靠近阳极的金属片窗ロ连通的输入管道和输出管道。
2.如权利要求I所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述燃料流通単元包括第一胶带层，该第一胶带层覆盖在靠近阳极的金属片的远离膜的ー侧，输入管道和输出管道位于靠近阳极的金属片和第一胶带层之间。
3.如权利要求I所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述燃料流通単元包括阳极支架，该阳极支架上设有与金属片窗ロ对应的燃料窗ロ，输入管道和输出管道设置在阳极支架上且与燃料窗ロ连通，所述燃料流通单元还包括覆盖在燃料窗ロ的远离金属片的ー侧的第二胶带层。
4.如权利要求2或3所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在干，进ー步包括压片，该压片连接于燃料流通単元的远离金属片的一侧且设有与金属片窗ロ对应的压片窗ロ。
5.如权利要求4所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述输入管道和输出管道为毛细管。
6.如权利要求5所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述输入管道在竖直方向上的位置低于所述输出管道。
7.如权利要求6所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在干，所述靠近阴极的金属片与阴极之间、靠近阳极的金属片与阳极之间分别设有绝缘密封圏。
8.如权利要求7所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述金属条竖直且平行设置。
9.如权利要求8所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述金属条是横截面为等腰直角三角形的棱柱，该棱柱的最大侧面与金属片表面平行且与相近的阴极或阳极接触。
10.如权利要求9所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述阴极支架窗ロ具有两个与金属片表面呈45°角的竖直侧壁，阴极支架窗ロ的远离膜的一侧的轮廓周长大于靠近膜的一侧的轮廓周长。
11.如权利要求10所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述金属片为铜片，所述金属条为铜条。
12.如权利要求3所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述阴极支架、阳极支架由有机玻璃制成。
13.如权利要求12所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在于，所述金属片、阴极支架、阳极支架和压片通过螺纹连接。
14.如权利要求13所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在干，进ー步包括槽型底座，该底座支撑在所述膜电极组件、金属片、阴极支架、阳极支架和压片下方。
15.如权利要求14所述的燃料电池催化剂测试装置，其特征在干，进ー步包括与所述底座连通的收集管道。
专利摘要本实用新型提供一种燃料电池催化剂测试装置，其包括膜电极组件，包括膜以及分别位于膜两侧的阴极和阳极；带有导线的两金属片，分别平行设置在阴极和阳极的远离膜的一侧，两金属片上对应设有金属片窗口，两金属片窗口中对应设有金属条，金属条与相近的阴极或阳极接触；阴极支架，连接于靠近阴极的金属片的远离膜的一侧，阴极支架上设有与金属片窗口对应的阴极支架窗口；燃料流通单元，连接于靠近阳极的金属片的远离膜的一侧，燃料流通单元包括与靠近阳极的金属片窗口连通的输入管道和输出管道。该燃料电池催化剂测试装置用于实现同步辐射原位测试，研究燃料电池工作时催化剂活性原子周围微观变化，为催化剂的深层研究和制备推广提供依据。
文档编号G01N27/416GK202486094SQ20122005116
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者何燕, 余笑寒, 刘嘉斌, 李爱国, 王娟, 秦海英 申请人:中国科学院上海应用物理研究所