一种氨空气燃料电池测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种氨空气燃料电池测试装置。


背景技术：

2.目前，降碳减排已经成为工业绿色高质量发展的主题与趋势。传统的内燃机燃料为不可再生能源，且燃烧产生的废气会造成大气污染。燃料电池是一种电化学的发电装置，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，能量转化效率高。
3.氢燃料电池由于其发电效率高、无污染，被认为是理想的常温燃料电池。但氢的储运和安全性限值了其进一步发展。氨，同样作为一种无碳能源，又被称作“氢2.0”，具有许多不可比拟的优势：氨气常压下
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33℃就可以液化，便于储存和运输；并且液态氨的体积能量密度几乎是液态氢的2倍，相同体积的容器可以储存更多能量。
4.近年来，直接碱式氨燃料电池已经成为国内外的研究重点，相关文献显示以混合氨碱溶液为原料，最高直接氨燃料电池功率密度已经达到420mw/cm2。相比液相混合氨碱溶液为燃料，以氨气为燃料既可以降低对管道等组件的腐蚀，又可以降低膜电极内短路的风险，具有结构紧凑，安全易操作等优点。
5.在氨燃料电池研发及投入使用之前均需要进行测试，测试设备能够保证研发及使用的顺利进行以及提供安全保障，但是现有技术中，氨燃料电池测试设备方面尚待完善。
6.因此，如何提供一种氨燃料电池测试设备，保证燃料电池研发及使用的顺利进行，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种氨空气燃料电池测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使氨空气燃料电池研发实验顺利进行。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种氨空气燃料电池测试装置，包括储气罐、总质量流量器、气瓶、氨气质量流量器、单电池夹具、测试工作站、单电池夹具温控器，所述单电池夹具能够固定氨空气燃料电池，所述储气罐能够容纳压缩空气，所述储气罐与氨空气燃料电池相连通，所述气瓶能够容纳氨气，所述总质量流量器位于所述储气罐与氨空气燃料电池之间，所述气瓶与所述氨空气燃料电池相连通，所述氨气质量流量器位于所述气瓶与氨空气燃料电池之间；所述测试工作站、所述单电池夹具温控器分别与所述单电池夹具相连，所述单电池夹具温控器能够控制氨空气燃料电池的温度，所述测试工作站能够对氨空气燃料电池进行测试；
9.所述总质量流量器与氨空气燃料电池之间设置有干路支路和湿路支路，所述干路支路以及所述湿路支路的一端与所述总质量流量器相连通，所述干路支路以及所述湿路支路的另一端与氨空气燃料电池相连通，所述湿路支路连接有加湿器和湿路质量流量器，所述干路支路连接有干路质量流量器。
10.优选地，所述单电池夹具具有空气进气口、氨气进气口、阳极出气口和阴极出气口，所述干路支路以及所述湿路支路均与所述空气进气口相连通，所述气瓶与所述氨气进气口相连通，所述阳极出气口以及所述阴极出气口均与排气系统相连通。
11.优选地，所述储气罐连接有空气压缩机，所述空气压缩机连接有调压阀。
12.优选地，所述的氨空气燃料电池测试装置还包括壳体，所述壳体包括第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述空气压缩机位于所述第一腔室内，所述气瓶、所述储气罐、所述测试工作站均位于所述第二腔室内，所述单电池夹具、所述加湿器均位于所述第三腔室内。
13.优选地，所述第三腔室内还设置氨浓度报警器，所述氨浓度报警器能够监测所述第三腔室内的氨气浓度，所述氨浓度报警器与所述排气系统相连通。
14.优选地，所述排气系统包括排气扇，所述排气系统连接有防倒吸机构。
15.优选地，所述干路支路以及所述湿路支路利用混合管路与所述空气进气口相连通，所述加湿器与所述混合管路之间的所述湿路支路以及所述混合管路均设置加热套，所述加热套连接有加热套温控器，所述混合管路连接有温湿度仪。
16.优选地，所述加湿器为鼓泡加湿器，所述加湿器连接有加湿器温控器。
17.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：本实用新型的氨空气燃料电池测试装置，包括储气罐、总质量流量器、气瓶、氨气质量流量器、单电池夹具、测试工作站、单电池夹具温控器，单电池夹具能够固定氨空气燃料电池，储气罐能够容纳压缩空气，储气罐与氨空气燃料电池相连通，气瓶能够容纳氨气，总质量流量器位于储气罐与氨空气燃料电池之间，气瓶与氨空气燃料电池相连通，氨气质量流量器位于气瓶与氨空气燃料电池之间；测试工作站、单电池夹具温控器分别与单电池夹具相连，单电池夹具温控器能够控制氨空气燃料电池的温度，测试工作站能够对氨空气燃料电池进行测试；总质量流量器与氨空气燃料电池之间设置有干路支路和湿路支路，干路支路以及湿路支路的一端与总质量流量器相连通，干路支路以及湿路支路的另一端与氨空气燃料电池相连通，湿路支路连接有加湿器和湿路质量流量器，干路支路连接有干路质量流量器。
18.本实用新型的氨空气燃料电池测试装置，单电池夹具能够固定氨空气燃料电池，储气罐能够向氨空气燃料电池输送空气，总质量流量器能够控制实验过程中的空气流量，气瓶能够向氨空气燃料电池输送氨气，氨气质量流量器能够控制实验过程中的氨气流量，与此同时，总质量流量器与氨空气燃料电池之间设置干路支路和湿路支路，湿路支路连接有加湿器，单电池夹具连接有单电池夹具温控器，以实现实验过程能够对温度、湿度和流量进行精确控制，保证测试工作站能够充分采集氨空气燃料电池的数据，为氨空气燃料电池的研发和使用提供便利条件。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型的氨空气燃料电池测试装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型的氨空气燃料电池测试装置的部分结构示意图；
22.其中，1为储气罐，2为总质量流量器，3为气瓶，4为氨气质量流量器，5为单电池夹具，6为测试工作站，7为单电池夹具温控器，8为干路支路，9为湿路支路，10为加湿器，11为湿路质量流量器，12为干路质量流量器，13为排气系统，14为空气压缩机，15为壳体，16为第一腔室，17为第二腔室，18为第三腔室，19为氨浓度报警器，20为混合管路，21为加热套，22为加热套温控器，23为温湿度仪，24为加湿器温控器。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
24.本实用新型的目的是提供一种氨空气燃料电池测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使氨空气燃料电池研发实验顺利进行。
25.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
26.请参考图1
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2，图1为本实用新型的氨空气燃料电池测试装置的结构示意图，图2为本实用新型的氨空气燃料电池测试装置的部分结构示意图。
27.本实用新型提供一种氨空气燃料电池测试装置，包括储气罐1、总质量流量器2、气瓶3、氨气质量流量器4、单电池夹具5、测试工作站6、单电池夹具温控器7，单电池夹具5能够固定氨空气燃料电池，储气罐1能够容纳压缩空气，储气罐1与氨空气燃料电池相连通，气瓶3能够容纳氨气，总质量流量器2位于储气罐1与氨空气燃料电池之间，气瓶3与氨空气燃料电池相连通，氨气质量流量器4位于气瓶3与氨空气燃料电池之间；测试工作站6、单电池夹具温控器7分别与单电池夹具5相连，单电池夹具温控器7能够控制氨空气燃料电池的温度，测试工作站6能够对氨空气燃料电池进行测试；
28.总质量流量器2与氨空气燃料电池之间设置有干路支路8和湿路支路9，干路支路8以及湿路支路9的一端与总质量流量器2相连通，干路支路8以及湿路支路9的另一端与氨空气燃料电池相连通，湿路支路9连接有加湿器10和湿路质量流量器11，干路支路8连接有干路质量流量器12。
29.本实用新型的氨空气燃料电池测试装置，单电池夹具5能够固定氨空气燃料电池，储气罐1能够向氨空气燃料电池输送空气，总质量流量器2能够控制实验过程中的空气流量，气瓶3能够向氨空气燃料电池输送氨气，氨气质量流量器4能够控制实验过程中的氨气流量，与此同时，总质量流量器2与氨空气燃料电池之间设置干路支路8和湿路支路9，湿路支路9连接有加湿器10，单电池夹具5连接有单电池夹具温控器7，以实现实验过程能够对温度、湿度和流量进行精确控制，保证测试工作站6能够充分采集氨空气燃料电池的数据，为氨空气燃料电池的研发和使用提供便利条件。
30.其中，单电池夹具5具有空气进气口、氨气进气口、阳极出气口和阴极出气口，干路支路8以及湿路支路9均与空气进气口相连通，气瓶3与氨气进气口相连通，阳极出气口以及阴极出气口均与排气系统13相连通，设置排气系统13，阳极出气口和阴极出气口分别与排气系统13相连，便于排出气体，避免影响采集到的氨空气燃料电池的实验数据。
31.在本具体实施方式中，储气罐1连接有空气压缩机14，为储气罐1提供稳定的压缩空气来源，储气罐1能够缓冲进气气流，空气压缩机14连接有调压阀，便于调节空气压力，方便实验操作。
32.具体地，氨空气燃料电池测试装置还包括壳体15，壳体15包括第一腔室16、第二腔室17和第三腔室18，空气压缩机14位于第一腔室16内，气瓶3、储气罐1、测试工作站6均位于第二腔室17内，单电池夹具5、加湿器10均位于第三腔室18内，壳体15设置封门，封门上具有把手，便于维护壳体15内各部分零件。
33.为了提高装置的安全系数，第三腔室18内还设置氨浓度报警器19，氨浓度报警器19能够监测第三腔室18内的氨气浓度，氨浓度报警器19与排气系统13相连通，当检测到第三腔室18内的氨气浓度超标时，氨浓度报警器19报警的同时，排气系统13工作。
34.更具体地，排气系统13包括排气扇，便于气体顺利通畅排出，排气系统13连接有防倒吸机构，避免气体倒流。
35.进一步地，干路支路8以及湿路支路9利用混合管路20与空气进气口相连通，加湿器10与混合管路20之间的湿路支路9以及混合管路20均设置加热套21，加热套21能够为加湿后的空气和混合后的具有一定湿度的空气加热，加热套21连接有加热套温控器22，便于控制，混合管路20连接有温湿度仪23，以实时监测进入空气进气口中的空气的湿度和温度，增强实验参数的可控性。
36.在本具体实施方式中，加湿器10为鼓泡加湿器，在实际操作中，还可以根据实验需要选择其他形式的加湿设备，加湿器10连接有加湿器温控器24，以便控制加湿器10的工作温度。此处需要说明的是，本实用新型中的温控器均能够控制所连接部件的温度，温控器可选择地设置加热元件，实现对温度的精准控制，本实用新型中的流量器均能够调整流量值，温度调节以及流量调节均属于本领域技术人员的惯用手段，且本实用新型并未对温度控制以及流量调节元器件做出新的改进，因此此处不再赘述。
37.下面通过具体的实施例，对本实用新型的氨空气燃料电池测试装置的工作过程，进行进一步地解释说明。
38.实施例一
39.本实例选用ptir/c催化剂为阳极，pt/c催化剂为阴极，faa
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130为阴离子交换膜。其中阳极催化剂载量1mg/cm2，阴极催化剂载量1mg/cm2。将制备好的氨燃料电池膜电极装填在单电池夹具5中，放入到该装置里面并依次连接空气进气口、氨气进气口、阳极出气口、阴极出气口、电极加热棒、热电偶感应针、电池测试分析夹具。打开电源总开关，确保各部分供电正常。第一腔室16内的空气压缩机14与调压阀相配合，保持管路气压在合理水平，控制总质量流量器2的示数为1000ml/min，湿路质量流量器11的示数为800ml/min，干路质量流量器12的示数为200ml/min。
40.控制连接加湿器10的加湿器温控器24为60℃，控制连接加热套21的加热套温控器22为60℃，控制连接单电池夹具5的单电池夹具温控器7为60℃。在混合管路20处得到温湿度仪23温度示数为60℃，相对湿度示数为85％。
41.控制氨气进气流量为100ml/min，第三腔室18内的氨浓度报警器19为10ppm，蜂鸣器开始发出警报。排气系统13工作，排气扇启动，30秒后，氨浓度报警器19示数降为0ppm，警报消失。
42.实验测得，单电池夹具5开路电压为543mv，最高放电电流为12ma，最高峰值功率密度为1.43mw/cm2。
43.实施例二
44.本实例选用ptir/c催化剂为阳极，pt/c催化剂为阴极，faa
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pk
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130为阴离子交换膜。其中阳极催化剂载量为1mg/cm2，阴极催化剂载量为1mg/cm2。将制备好的氨燃料电池膜电极装填在单电池夹具5中，放入到该装置里面并依次连接阳极进气口、阴极进气口、阳极出气口、阴极出气口、电极加热棒、热电偶感应针、电池测试分析夹具。打开电源总开关，确保各部件供电正常。第一腔室16内的空气压缩机14与调压阀相配合，保持管路气压在合理水平，控制总质量流量器2的示数为1000ml/min，湿路质量流量器11的示数为1000ml/min，干路质量流量器12的示数为0ml/min。
45.控制连接加湿器10的加湿器温控器24为80℃，控制连接加热套21的加热套温控器22为80℃，控制连接单电池夹具5的单电池夹具温控器7为80℃。在混合管路20处得到温湿度仪23的温度示数为80℃，相对湿度示数为100％。
46.控制氨气进气流量为100ml/min，第三腔室18内的氨浓度报警器19为0ppm。
47.实验测得，单电池夹具5开路电压为628mv，最高放电电流为12ma，最高峰值功率密度为1.62mw/cm2。
48.本实用新型的氨空气燃料电池测试装置，可以在湿度为80％
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100％，工作温度为25
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100℃，进气流量为0
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1000ml/min的区间工作，实现了对实验温度、湿度和流量的精确控制，在保证氨空气燃料电池数据充分采集的情况下，还设置氨浓度报警器19，保证实验整体环境的安全可靠。
49.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。