一种燃料电池阴阳极电位检测结构及检测方法与流程

本发明涉及燃料电池检测，尤其涉及一种燃料电池阴阳极电位检测结构及检测方法。

背景技术：

1、燃料电池在运行过程中，主要通过在电堆处进行反应，将化学能直接转化为电能，在燃料电池理想运行状态下，膜电极阴/阳极不同位置的电位都呈现出均匀分布特性，不同位置发电能力、工作状态完全一致，这对于燃料电池系统控制、关键材料寿命、系统可靠性、耐久性十分有益。

2、电堆一般由几十甚至上百片单电池构成，单电池由膜电极和边框构成。氢气在膜电极的阳极侧发生氧化反应，产生阳极电位，阳极电位可以反映膜电极阳极侧的性能和状态；氧气在膜电极的阴极侧发生还原反应，产生阴极电位，阴极电位可以反映膜电极阴极侧的性能和状态。

3、目前进行阴阳极电位检测的方式一般是通过动态氢电极法，减小质子在传输过程中经过的路径，来加快质子传输速率，进而减少中间电压的压降，避免产生较大误差，但是采用动态氢电极阀进行测试一般是采用一个参比电极，分别与阴极催化层和阳极催化层上的多个检测电极之间进行检测，得到不同位置的电位数据，当参比电极与检测电极分贝位于质子膜两侧的催化层上时，其得到的电位数据中包含来自于质子膜和催化层离聚物质子传递引起的电压降，故而得到的电位数据并不准确，并且检测不同的位置需要调节检测电极的位置，存在时间差和调节误差。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池阴阳极电位检测结构及检测方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种燃料电池阴阳极电位检测结构，包括质子膜，所述质子膜的两侧分别设有阴极催化层和阳极催化层，

3、所述阳极催化层的一侧设置第一检测电极；

4、所述阴极催化层的一侧设置第二检测电极；

5、所述阳极催化层和所述阴极催化层远离所述质子膜的一侧还涂有离聚物薄膜；

6、位于所述阳极催化层一侧的所述离聚物薄膜上设有第一参比电极，所述第一参比电极连接第一电源负极，还设有第一氧化电极，与所述第一电源的正极连接；

7、位于所述阴极催化层一侧的所述离聚物薄膜上设有第二参比电极，所述第二参比电极连接第二电源负极，还设有第二氧化电极，与所述第二电源的正极连接；

8、接通电源后可同时检测或分别检测所述第一检测电极和所述第一参比电极之间的阳极电位，所述第二检测电极和所述第二参比电极之间的阴极电位。

9、作为上述技术方案的进一步描述：所述第一检测电极、所述第一参比电极和所述第一氧化电极集成设置在第一组件上；

10、所述第二检测电极、所述第二参比电极和所述第二氧化电极集成设置在第二组件上。

11、作为上述技术方案的进一步描述：所述第一组件和所述第二组件结构相同，且对称设置，分别与所述阳极催化层和所述阴极催化层接触。

12、作为上述技术方案的进一步描述：所述第一组件为镂空设计，一侧向外延伸设置有边耳，另一侧向内侧延伸设置有连桥。

13、作为上述技术方案的进一步描述：所述第一组件分为第一边框和第二边框，在所述第一边框的所述边耳的一侧开设有四个焊盘孔，用于暴露内侧的焊盘，在所述第二边框的所述连桥一侧开设三个通孔。

14、作为上述技术方案的进一步描述：所述第一检测电极、所述第一参比电极和所述第一氧化电极的下表面通过所述通孔与导线和四个焊盘形成电气连接；

15、所述第一参比电极和所述第一氧化电极的上表面与所述离聚物薄膜接触，离聚物薄膜与阳极催化层接触。

16、还包括一种燃料电池阴阳极电位检测方法，所述检测方法适用于上述技术方案中任一项所述检测结构，包括：

17、s1：根据燃料电池类型选择第一组件和第二组件，与燃料电池的膜电极连接，检测第一检测电极和第一参比电极之间的阳极电位和第二检测电极和第二参比电极之间的阴极电位；

18、s2：通过电压检测设备之间检测燃料电池两端电压，得到单片电压，通过第一计算模型计算质子在质子膜和催化层中传输的总电压降；

19、s3：通过高频阻抗测试方法，得到质子膜中的电压降，通过第二计算模型计算催化层的电压降。

20、作为上述技术方案的进一步描述：在所述步骤s1中，还包括：

21、s11：通过电源施加直流电流或直流电压，并对第一参比电极的电压进行标定，设为0v，再用电压检测设备对所述第一检测电极和所述第一参比电极的电压进行检测，得到阳极电位；

22、s12：重复上述步骤，对第二参比电极和第二检测电极的电压进行检测，得到阴极电位。

23、作为上述技术方案的进一步描述：所述第一计算模型计算质子在质子膜和催化层中传输的总电压降的方法，如下式：

24、v总＝(v阴-v阳)-v单片；

25、其中，v总为总电压降，v阴为阴极电位，v阳为阳极电位，v单片为单片电压。

26、作为上述技术方案的进一步描述：所述第二计算模型计算催化层电压降的方法，如下式：

27、v催化层＝v总-v质子膜；

28、其中，v催化层为催化层电压降，v质子膜为质子膜电压降，催化层包括阴极催化层和阳极催化层。

29、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

30、1、在质子膜的阴阳极催化层两侧同时布置参比电极，第一检测电极距离第一参比电极更近，可以得到精确的阳极电位；同理，可以得到精确的阴极电位。从而能够消除质子膜和离聚物中质子传递电压降带来的测试误差，并且可以同时精确获取阴阳极电位。

31、2、根据获取的阴阳极电位，通过第一计算模型和第二计算模型可得到催化层电压降，可以反映质子在阴阳极催化层中的传输阻力。

技术特征：

1.一种燃料电池阴阳极电位检测结构，包括质子膜(1)，所述质子膜(1)的两侧分别设有阴极催化层(2)和阳极催化层(3)，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的检测结构，其特征在于：所述第一检测电极(4)、所述第一参比电极(5)和所述第一氧化电极(6)集成设置在第一组件(11)上；

3.根据权利要求2所述的检测结构，其特征在于：所述第一组件(11)和所述第二组件(12)结构相同，且对称设置，分别与所述阳极催化层(3)和所述阴极催化层(2)接触。

4.根据权利要求2所述的检测结构，其特征在于：所述第一组件(11)为镂空设计，一侧向外延伸设置有边耳(1101)，另一侧向内侧延伸设置有连桥(1102)。

5.根据权利要求4所述的检测结构，其特征在于：所述第一组件(11)分为第一边框(1103)和第二边框(1104)，在所述第一边框(1103)的所述边耳(1101)的一侧开设有四个焊盘孔(1105)，用于暴露内侧的焊盘，在所述第二边框(1104)的所述连桥(1102)一侧开设三个通孔(1106)。

6.根据权利要求5所述的检测结构，其特征在于：所述第一检测电极(4)、所述第一参比电极(5)和所述第一氧化电极(6)的下表面通过所述通孔(1106)与导线和四个焊盘形成电气连接；

7.一种燃料电池阴阳极电位检测方法，其特征在于，所述检测方法适用于上述权利要求1-6中任一项所述检测结构，包括：

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：在所述步骤s1中，还包括：

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述第一计算模型计算质子在质子膜和催化层中传输的总电压降的方法，如下式：

10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述第二计算模型计算催化层电压降的方法，如下式：

技术总结
本发明公开了一种燃料电池阴阳极电位检测结构及检测方法，包括：质子膜，质子膜的两侧分别设有阴、阳极催化层，阳极催化层的一侧设置第一检测电极；阴极催化层的一侧设置第二检测电极；阳极催化层和阴极催化层远离质子膜的一侧还涂有离聚物薄膜；位于阳极催化层一侧的离聚物薄膜上设有第一参比电极和第一氧化电极，与第一电源连接；位于阴极催化层一侧的离聚物薄膜上设有第二参比电极和第二氧化电极，与第二电源连接；接通电源后可同时检测或分别检测阳极电位和阴极电位。该装置可以消除质子膜和离聚物中质子传递电压降带来的测试误差，并且可以同时精确获取阴阳极电位，通过计算可得到催化层电压降，反映质子在阴阳极催化层中的传输阻力。

技术研发人员：张硕猛,方川,汪尚尚,曹艳鹏,李飞强,张国强
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31