保证双极板气体流场阻力降均一性的筛选方法及专用装置

摘要

本发明涉及燃料电池领域，具体提供了一种保证燃料电池组均一性的阻力筛选方法。使用专用的双极板气体阻力降测试装置，在密封的条件下，单腔进气。在入口气体流量和压力一定的条件下，测量气体出口压力。从而获得气体流经双极板的进出口压差即阻力降。在测得一定数量阻力降数据后，将其排序，筛选除去阻力降过大和过小的双极板，从而获得阻力降性质较均一的双极板，组装成电池。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体提供了一种保证燃料电池组均一性的双极板气体流道场阻力筛选方法及专用装置。

背景技术

燃料电池是一种等温的按电化学方式直接将化学能转化为电能的发电装置。它不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率高，环境友好。由于以上这些突出的优点，近些年来燃料电池技术的研究和开发倍受各国政府和大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净高效的发电方式。

要实现燃料电池组稳定且连续发电，必备的一个条件为电池组内部各节单池均能够获得充足的燃料和氧化剂的供应。在电池组结构、反应气纯度和利用率一定的条件下，各双极板之间性质差异的大小也决定了反应气能否在各单池间均匀的分布。

目前制备双极板广泛采用的材料是金属板和石墨。纯石墨双极板需用电脑刻绘机加工，费用高，而且难以实现批量生产；相对说来，经过处理的膨胀石墨可用冲压或滚压浮雕的方法制备带流场的双极板，特别适于批量生产廉价的双极板。但是，此种方法由于原材料的性质差异和加工工艺本身的限制等原因，造成批量制备出来的双极板的性质并不均一，对气体的阻力降不尽相同。如果用气体阻力降差别较大的双极板组装成燃料电池，在气体利用率一定的条件下，就会造成如下状况：反应气较易分配给阻力降小的双极板，而较难分配给阻力降大的双极板，从而造成反应气在各单池间分配不均，个别单池性能过低，电池组较难稳定发电。因此有必要针对气体阻力降，对双极板进行筛选。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单有效的方法来筛选阻力，获得性质较均一的双极板，组装成燃料电池，使得反应气在各单池间较均匀的分布，从而保证燃料电池组的均一性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种保证双极板气体流场阻力降均一性的筛选方法，在密封的条件下，于双极板的燃料气腔和氧化剂腔分别单腔进气，在设定入口气体流量和压力的条件下，测量气体出口压力，从而获得气体流经双极板的进出口压差即阻力降；在测得组装燃料电池组所需的双极板数量1.5倍或1.5倍以上的双极板阻力降数据后，将其排序，选取可接受的气体阻力降范围选定为(0.6-1.4)*平均值，筛选除去阻力降过大和过小的双极板，从而获得阻力降性质较均一的双极板，组装成电池组。

其中，气体流量和入口压力的测量标准均根据电池组在标准状况下运行参数制定。根据即将组装的燃料电池组实际运行的评测条件来确定双极板的筛选标准，即确定所设定的入口气体流量和压力。

所述筛选方法的阻力降测试装置包括气体压力表、流量计和两片四周带有密封胶线的玻璃板；玻璃板上的密封胶线与所将筛选的双极板上的密封胶线凹槽相对应；在玻璃板上与双极板上的气体进出口位置对应处设有气体进出口通道；玻璃板上的气体出口通道分别通过阀门与出口压力表和外部管路连接，气体入口通道分别通过阀门与入口压力表、流量计与外部管路连接。

本发明具有如下优点：筛选方法和专用装置简单实用，筛选出的双极板气体流场阻力降均一，由此组装而成的燃料电池在运行时，气体在各单池间分配均匀，不会因双极板阻力降相差过大而造成反应气在各单池间分配不均，使得电池组能够稳定运行。

附图说明

图1为本发明使用的双极板气体阻力降测试装置结构示意图；

图2为未经筛选的双极板组装的电池组单池的性能和阻力降测试图；

图3为经过本发明提供方法筛选所得双极板组装的电池组单池的性能和阻力降测试图。

具体实施方式

为更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图进一步描述。

实施例1

根据燃料电池组在额定功率下的运行参数(电流、利用率等)制定测量标准：

气体入口压力0.05Mpa；

空气腔入口流量：0.2M³/h

氢气腔入口流量：0.12M³/h

采用的阻力降测试装置包括气体压力表、流量计和两片四周带有密封胶线的玻璃板；玻璃板上的密封胶线与所将筛选的双极板上的密封胶线凹槽相对应；在玻璃板上与双极板上的气体进出口位置对应处设有气体进出口通道；玻璃板上的气体出口通道分别通过阀门与出口压力表6和外部管路连接，气体入口通道分别通过阀门与入口压力表7、流量计8与外部管路连接；将待测双极板置于如图1有密封装置的有机玻璃板中。打开气体总阀1，打开空气腔入口阀2和出口阀5，关闭氢气进出口阀(3，4)。调解压力和流量，使之达到测试参数。记录进出口气体压差。氢气腔阻力降测试方法同空气腔。

组装10节电池组，测试20片双极板的阻力降数据如下：

  双极板号  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  空气腔阻力降  (*10^-3Mpa)  12  12  15  9  7  6  7  9  8  6  氢气腔阻力降  (*10^-3Mpa)  7  7  6  6  4  7  7  6  6  双极板号  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  空气腔阻力降  (*10^-3Mpa)  7  12  6  7  6  8  8  9  10  8  氢气腔阻力降  (*10^-3Mpa)  10  8  7  7  7  7  10  9  8  12

空气腔的平均阻力降为0.008Mpa，可接受的阻力降范围为(0.6-1.4)*平均值，即0.005-0.01MPa；氢气腔的平均阻力降为0.008MPa，可接受的阻力降范围为(0.6-1.4)*平均值，即0.005-0.01MPa。筛选出同时满足氢气腔和空气腔阻力降的双极板，去除掉阻力降过大和过小的双极板，即可组装电池组。以上20片双极板的筛选结果如下：

  可组装成  电池组的  双极板 4  6  7  8  9  10  11  13  14  15  16  17  18  19  空气腔阻  力降  (*10^-3  MPa) 9  6  7  9  8  6  7  6  7  6  8  8  9  10  氢气腔阻  力降  (*10^-3  MPa) 6  7  7  6  6  10  7  7  7  7  10  9  8

将经过筛选过的双极板组装成电堆。进行性能考核。

对比例1

与实施例1的测试条件完全相同；其结果如图3所示；

图3经过本发明提供方法筛选所得双极板组装的电池组性能比较均一，各节电池电压在平均值±15mV之间。

图2未经筛选的双极板的阻力降，最大阻力值为平均值的2.5倍，由此组装而成的电池组，单节最低电压与平均值的偏差达到170mV。