阅读说明：本技术 一种膜电极性能测试系统和方法 (Membrane electrode performance testing system and method ) 是由 靳宏建 蒋永伟 唐子威 刘冬安 于 2018-08-27 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种膜电极性能测试系统,其中包括负载、正极端板、负极端板、测试电堆和性能测试设备,测试电堆中包括至少两种膜电极,且在该测试电堆中膜电极与双极板交替排布；正极端板和负极端板分别与位于测试电堆两端的双极板相连,且正极端板和负极端板通过测试系统中的负载相连；性能测试设备与测试电堆中的膜电极相连,以对测试电堆中的膜电极的性能进行测试。测试电堆中膜电极和双极板交替排布的形式能够保证测试电堆中各膜电极的受力情况基本一致,从而保证各膜电极的测试条件基本一致,各膜电极性能对比结果更加可靠准确；对该测试电堆中的膜电极进行测试时,可以一次性地测试多种膜电极的性能,提高膜电极性能测试的效率。(The application discloses a membrane electrode performance test system, which comprises a load, an anode end plate, a cathode end plate, a test galvanic pile and performance test equipment, wherein the test galvanic pile comprises at least two membrane electrodes, and the membrane electrodes and bipolar plates are alternately arranged in the test galvanic pile; the positive end plate and the negative end plate are respectively connected with the bipolar plates at the two ends of the test pile, and the positive end plate and the negative end plate are connected through loads in the test system; the performance testing equipment is connected with the membrane electrode in the testing electric pile so as to test the performance of the membrane electrode in the testing electric pile. The alternate arrangement form of the membrane electrodes and the bipolar plates in the test stack can ensure that the stress conditions of each membrane electrode in the test stack are basically consistent, thereby ensuring that the test conditions of each membrane electrode are basically consistent and the performance comparison result of each membrane electrode is more reliable and accurate; when the membrane electrode in the test galvanic pile is tested, the performance of various membrane electrodes can be tested at one time, and the efficiency of membrane electrode performance test is improved.)

一种膜电极性能测试系统和方法

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别涉及一种膜电极性能测试系统和方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为一种零排放、高效率、高功率密度的发电装置，在新能源交通动力应用方面具有极为广阔的发展前景。PEMFC中的膜电极是多相物质传输和发生电化学反映的场所，能够决定PEMFC的性能、工作寿命以及开发成本。

现阶段，在制备膜电极以及开发PEMFC等环节中，通常需要对多种不同的膜电极的性能进行测试，以便根据膜电极性能的测试结果，在制备膜电极的过程中不断优化膜电极的性能，或者在开发PEMFC的过程中选择性能较好的膜电极作为PEMFC开发的材料。

现有技术中，测试人员对膜电极的性能进行测试时，将一种膜电极夹在两片双极板之间组装成该膜电极对应的单电池，并按照该方式组装出各种膜电极对应的单电池，进而通过将各种膜电极对应的单电池分别接入膜电极性能测试电路，来测试各种膜电极的性能。

然而，采用上述方式对各种膜电极的性能进行测试，无法保证各种膜电极的测试条件完全相同。具体的，每次将单电池接入膜电极性能测试电路中时，由于无法保证测试电路中用于固定单电池的正负极端板与每个单电池的接触点完全相同，因此，将导致各个单电池受到的来自正负极端板的压力的分布情况不同，相应地，各个单电池中膜电极的受力情况也不同；各种膜电极受力情况不同会导致各种膜电极测试过程中的接触电阻、形变程度等测试参数的不同。这样，在不同的测试条件下对各种膜电极的性能进行测试，再对测试得到的各种膜电极的性能进行对比，可能无法保证各种膜电极性能的对比结果真实准确。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种膜电极性能测试系统，能够保证在相同的测试条件下对各种膜电极的性能进行测试，进而保证基于测试系统得到的各种膜电极的性能对比结果较为准确可靠。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种膜电极性能测试系统，所述测试系统包括负载、正极端板、负极端板、测试电堆和性能测试设备；

所述测试电堆中膜电极与双极板交替排布，所述测试电堆中包括至少两种膜电极；

所述正极端板和所述负极端板分别与位于所述测试电堆两端的双极板相连；所述正极端板与所述负极端板通过所述负载相连；

所述性能测试设备与所述测试电堆中的膜电极相连，用于测试所述膜电极的性能。

可选的，所述测试电堆中排布位置相邻的膜电极为种类不同的膜电极。

可选的，所述性能测试设备与预设数量的膜电极相连；

所述预设数量的膜电极排布位置相邻，且在所述测试电堆中处于中间位置。

可选的，所述性能测试设备还用于绘制所述膜电极的性能曲线。

可选的，所述测试电堆为经活化处理后的电堆。

第二方面，本申请实施例提供了一种膜电极性能测试方法，所述方法包括：

获取所述测试电堆中膜电极的电流密度和电压；所述测试电堆由交替排布的膜电极与双极板构成，所述测试电堆中包括至少两种膜电极；

根据所述膜电极的电流密度和电压，绘制所述膜电极的性能曲线。

可选的，所述测试电堆中排布位置相邻的膜电极为种类不同的膜电极。

可选的，所述获取所述测试电堆中膜电极的电流密度和电压，包括：

获取所述测试电堆中预设数量的膜电极的电流密度和电压；所述预设数量的膜电极排布位置相邻，且在所述测试电堆中处于中间位置。

可选的，在所述测试电堆经活化处理后，执行所述获取所述测试电堆中膜电极的电流密度和电压的步骤。

由上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的膜电极性能测试系统包括负载、正极端板、负极端板、测试电堆和性能测试设备，其中，测试电堆中包括至少两种膜电极，且在该测试电堆中膜电极与双极板交替排布；正极端板和负极端板分别与位于测试电堆两端的双极板相连，且正极端板和负极端板通过测试系统中的负载相连；性能测试设备与测试电堆中的膜电极相连，以对测试电堆中的膜电极的性能进行测试。在上述测试系统中，测试电堆中膜电极和双极板交替排布的形式相当于将多种膜电极对应的单电池串联起来，利用正极端板和负极端板固定连接该测试电堆时，正极端板和负极端板施加于测试电堆上的压力能够均匀地分布于其中串联的各个单电池上，即能够保证测试电堆中各串联的单电池的受力情况基本一致，相应地，也能够保证测试电堆中各膜电极的受力情况也基本一致，由此对测试电堆中各膜电极的性能进行测试时，保证各膜电极的测试条件基本一致，使得各膜电极性能对比结果可靠准确；此外，对该测试电堆中的膜电极进行测试时，可以一次性地测试该测试电堆中的多种膜电极的性能，免去多次组装不同膜电极对应的单电池，多次测试各个膜电极对应的单电池的步骤，从而提高了膜电极性能测试的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种膜电极性能测试系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种膜电极性能曲线的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种膜电极性能测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

针对现有技术中存在的测试膜电极性能时无法保证对各种膜电极施加的测试条件一致的问题，本申请实施例提供了一种膜电极性能测试系统，能够保证在相同的测试条件下对各种膜电极的性能进行测试，从而保证基于该测试系统得到的各种膜电极的性能对比结果较为准确可靠。

下面先对本申请实施例提供的膜电极性能测试系统的设计思路进行介绍：

本申请实施例提供的膜电极性能测试系统包括负载、正极端板、负极端板、测试电堆和性能测试设备，其中，测试电堆中包括至少两种膜电极，且在该测试电堆中膜电极与双极板交替排布；正极端板和负极端板分别与位于测试电堆两端的双极板相连，且正极端板和负极端板通过测试系统中的负载相连；性能测试设备与测试电堆中的膜电极相连，以对测试电堆中的膜电极的性能进行测试。

在上述膜电极性能测试系统中，测试电堆中膜电极和双极板交替排布的形式相当于将多种膜电极对应的单电池串联起来，利用正极端板和负极端板固定连接该测试电堆时，正极端板和负极端板施加于测试电堆上的压力能够均匀地分布于其中串联的各个单电池上，即能够保证测试电堆中各串联的单电池的受力情况基本一致，相应地，也能够保证测试电堆中各膜电极的受力情况也基本一致，由此对测试电堆中各膜电极的性能进行测试时，保证各膜电极的测试条件基本一致，使得基于该测试系统得到的各膜电极性能对比结果可靠准确；此外，对该测试电堆中的膜电极进行测试时，可以一次性地测试该测试电堆中的多种膜电极的性能，免去多次组装不同膜电极对应的单电池，多次测试各个膜电极对应的单电池的步骤，从而提高了膜电极性能测试的效率。

下面通过实施例的方式对本申请实施例提供的膜电极性能测试系统进行介绍：

参见图1，图1为本申请实施例提供的膜电极性能测试系统的结构示意图，该膜电极性能测试系统中包括负载101、正极端板102、负极端板103、测试电堆104和性能测试设备105。

其中，测试电堆104中包括至少两种膜电极，在测试电堆104中膜电极和双极板交替排布；正极端板102和负极端板103分别与位于测试电堆104两端的双极板相连，即负极端板103与双极板1041相连，正极端板102与双极板1047相连；正极端板102与负极端板103通过负载101相连；性能测试设备105与测试电堆104中的膜电极相连，用于测试膜电极的性能。

测试电堆104中双极板和膜电极交替排布，交替排布的双极板和膜电极可以视为将多个膜电极对应的单电池串联起来。如图1所示，膜电极1042夹在双极板1041和双极板1043之间，由双极板1041、膜电极1042和双极板1043共同构成膜电极1042对应的单电池；膜电极1044夹在双极板1043和双极板1045之间，由双极板1043、膜电极1044和双极板1045共同构成膜电极1044对应的单电池；膜电极1046夹在双极板1045和双极板1047之间，由双极板1045、膜电极1046和双极板1047共同构成膜电极1046对应的单电池；膜电极1042对应的单电池、膜电极1044对应的单电池和膜电极1046对应的单电池串联构成测试电堆104。

如图1所示，在测试电堆104中，膜电极1042与膜电极1044共用双极板1043，膜电极1044与膜电极1046共用双极板1045，被共用的双极板1043和1045一面被用作正极板，另一面被用作负极板。

需要说明的是，测试电堆104中通常包括至少两种待测试的膜电极，应理解，测试电堆104中所包括的属于各个种类的膜电极的数量不限，即该测试电堆104中所包括的膜电极的数量不限，可以包括任意数目的膜电极，该测试电堆既可以为包括大量膜电极的长堆，也可以为包括少量膜电极的短堆。

需要说明的是，为了保证测试结果更加准确，更加能够反映各种膜电极的性能，通常在对膜电极的性能进行测试之前，对测试电堆进行活化处理，提高膜电极中催化剂的活性和利用率，使膜电极发挥出最佳和稳定的工作状态及性能。

需要说明的是，由于排布位置相邻的膜电极所处的测试条件更加接近，因此，为了保证在测试种类不同的膜电极的性能时，所测试的膜电极所处的测试条件更加接近，通常将测试电堆中排布位置相邻的膜电极设置为种类不同的膜电极。

需要说明的是，性能测试设备105可以与测试电堆中任意某个或某些膜电极相连，图1所示的性能测试设备的连接关系仅为示例，在实际应用中，性能测试设备通常与测试电堆中多种膜电极同时相连，以同时获取多种膜电极的性能参数，具体的，膜电极的性能参数具体包括膜电极的电流密度以及电压。

在一种可能的实现方式中，性能测试设备105与测试电堆中预设数量的膜电极相连，该预设数量的膜电极的排布位置相邻，且在测试电堆中处于中间位置。

由于在对膜电极进行性能测试时，通常需要同时测试多种膜电极的性能，以便在测试过程中同时对比多种膜电极的性能，提高膜电极性能测试效率，因此，性能测试设备105通常与测试电堆中预设数量的膜电极相连。并且由于在测试电堆中处于中间位置的膜电极的受力情况通常最为均匀，因此，对膜电极的性能进行测试时，性能测试设备105通常与在测试电堆中处于中间位置的预设数量的膜电极相连，由于测试电堆中相邻的膜电极的种类通常不同，因此，该与性能测试设备105相连的膜电极为处于中间位置的相邻的膜电极。

例如，假设测试电堆中包括依次排布的1-30号膜电极，性能测试设备能够连接的膜电极的预设数量为5；而在该测试电堆中，处于中间位置的5个膜电极为13-17号膜电极，相应地，性能测试设备与13-17号膜电极相连，为了保证性能测试设备可以同时测试多种膜电极，13-17号膜电极为种类不同的膜电极。

需要说明的是，性能测试设备105在获取到测试的膜电极的性能参数后，该性能测试设备105还可以根据膜电极的性能参数绘制膜电极的性能曲线。应理解，若性能测试设备105同时测试多种膜电极的性能，则该性能测试设备105可以同时绘制这多种膜电极对应的性能曲线，如图2所示，为一种示例性的膜电极的性能曲线，曲线1和曲线2分别对应于不同种类的膜电极的性能。

本申请实施例提供的膜电极性能测试系统中，测试电堆中膜电极和双极板交替排布的形式相当于将多种膜电极对应的单电池串联起来，利用正极端板和负极端板固定连接该测试电堆时，正极端板和负极端板施加于测试电堆上的压力能够均匀地分布于其中串联的各个单电池上，即能够保证测试电堆中各串联的单电池的受力情况基本一致，相应地，也能够保证测试电堆中各膜电极的受力情况也基本一致，由此对测试电堆中各膜电极的性能进行测试时，保证各膜电极的测试条件基本一致，使得基于该测试系统得到的各膜电极性能对比结果可靠准确；此外，对该测试电堆中的膜电极进行测试时，可以一次性地测试该测试电堆中的多种膜电极的性能，免去多次组装不同膜电极对应的单电池，多次测试各个膜电极对应的单电池的步骤，从而提高了膜电极性能测试的效率。

此外，本申请实施例还提供了一种膜电极性能测试方法，该方法通常应用于膜电极性能测试设备，参见图3，图3为本申请实施例提供的一种膜电极性能测试方法，如图3所示，该方法包括：

步骤301：获取所述测试电堆中膜电极的电流密度和电压；所述测试电堆由交替排布的膜电极与双极板构成，所述测试电堆中包括至少两种膜电极。

性能测试设备与测试电堆中的膜电极相连，获取该测试电堆中膜电极的性能参数，该膜电极的性能参数具体包括膜电极的电流密度和电压。

该测试电堆即为上述图1提供的膜电极性能测试系统中的测试电堆104，其中包括至少两种膜电极，且其中包括的膜电极与双极板交替排布，该测试电堆中排布位置相邻的膜电极通常为种类不同的膜电极，该测试电堆的结构具体参见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。

需要说明的是，性能测试设备在实际工作时，通常获取预设数量的膜电极的电流密度和电压，该预设数量的膜电极的排布位置相邻，且在测试电堆中处于中间位置。

应理解，该预设数量可以根据实际情况进行设定，在此不对预设数量的具体数值进行限定。

需要说明的是，为了保证测试结果更加准确，更加能够反映各种膜电极的性能，通常在对膜电极的性能进行测试之前，对测试电堆进行活化处理，提高膜电极中催化剂的活性和利用率，使膜电极发挥出最佳和稳定的工作状态及性能，在该测试电堆经活化处理后，执行获取步骤301。

步骤302：根据所述膜电极的电流密度和电压，绘制所述膜电极的性能曲线。

性能测试设备获取到膜电极的电流密度和电压后，根据所获取的电流密度和电压，相应地绘制各膜电极对应的性能曲线。

应理解，若性能测试设备同时与多种膜电极相连，则性能测试设备同时根据所获取的这多种膜电极的电流密度和电压，绘制各种膜电极对应的性能曲线。

本申请实施例提供的膜电极性能测试方法中，获取测试电堆中膜电极的电流密度和电压，该测试电堆由交替排布的膜电极和双极板构成，且该测试电堆中包括至少两种膜电极；进而根据膜电极的电流密度和电压，绘制膜电极的性能曲线。测试电堆中膜电极和双极板交替排布的形式相当于将多种膜电极对应的单电池串联起来，利用正极端板和负极端板固定连接该测试电堆时，正极端板和负极端板施加于测试电堆上的压力能够均匀地分布于其中串联的各个单电池上，即能够保证测试电堆中各串联的单电池的受力情况基本一致，相应地，也能够保证测试电堆中各膜电极的受力情况也基本一致，由此对测试电堆中各膜电极的性能进行测试时，保证各膜电极的测试条件基本一致，使得基于该测试系统得到的各膜电极性能对比结果可靠准确；此外，对该测试电堆中的膜电极进行测试时，可以一次性地测试该测试电堆中的多种膜电极的性能，免去多次组装不同膜电极对应的单电池，多次测试各个膜电极对应的单电池的步骤，从而提高了膜电极性能测试的效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。