一种燃料电池金属双极板耐高低温性能的评价方法与流程

1.本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种燃料电池金属双极板耐高低温性能的评价方法。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,pemfc)具有无污染、能量转换率高、工作温度低等众多优点，在交通运输车辆、固定电站、移动电源、无人机等领域具有广泛的应用前景。
3.双极板是其关键部件之一，其功能包括分隔氧化剂与还原剂及冷却剂，此外，还起到收集并传导电流和支撑膜电极的作用，同时还承担整个燃料电池的散热和排水功能。金属双极板因其可加工性强、导电导热性能优异、力学性能好而得到公众的认可。典型的金属双极板是由金属材料和表面处理材料构成的，基底材料主要包括al、ti、ni、不锈钢等，表面处理材料可以分为两类：一是碳基涂层，包括石墨、导电聚合物等；二是金属基涂层，包括贵金属、金属碳化物以及金属氮化物等。燃料电池在起停的过程中双极板会经历很大的温度变化，尤其是低温启动的过程，往往会在几分钟内经历-30℃左右至80℃左右的温度变化，而由于基底材料和表面处理材料本身热膨胀系数的差别，会引起表面镀层的脱落现象，引起导致接触电阻的增加、接触角的变化、金属离子的释放等，严重时导致镀层的失效。
4.目前对双极板耐高低温性能的研究较少，在关于燃料电池金属双极板评价方面，大都围绕着通过电化学体系去进行金属双极板的耐久性加速评价。


技术实现要素：

5.根据上述提出现有技术缺少对于双极板耐高低温性能的研究的技术问题，而提供一种燃料电池金属双极板耐高低温性能的评价方法。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种燃料电池金属双极板耐高低温性能的评价方法，具体包括以下步骤：
8.s1：搭建用于为金属双极板提供温度变化工况的试验平台；
9.s2：根据质子交换膜燃料电池使用时的实际工作情况选择温度变化区间，并设定每个温度变化工况的运行时间以及一个大循环内运行的温度变化工况次数；
10.s3：确定金属双极板性能评价的考核指标，考核指标包括接触电阻、接触角、腐蚀电流、体电阻率、结合力和涂层厚度，选择至少一项考核指标用于对金属双极板进行性能评价；
11.s4：将待评价金属双极板样品放入试验平台，使试验平台在步骤s2确定的温度变化工况下运行，在每个大循环运行结束后将金属双极板取出，进行选择的考核指标的检测；
12.s5：根据对待评价金属双极板样品的考核指标检测结果绘制大循环运行次数与考核指标检测结果的关系曲线，从而对待评价金属双极板的耐高低温性能进行定性分析和评价。
13.进一步地，试验平台为高低温试验箱。
14.进一步地，温度变化工况的温度变化区间为-30℃至90℃。
15.进一步地，每个温度变化工况的运行时间为3h。
16.进一步地，每个大循环内运行的温度变化工况次数为5。
17.进一步地，步骤s4中，每次选择三个同类型待评价金属双极板样品进行试验与检测，每个大循环运行结束后，取三个同类型待评价金属双极板样品的考核指标检测结果的平均值用于在步骤s5中绘制关系曲线。
18.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.本发明提供的燃料电池金属双极板耐高低温性能的评价方法，能够有效的对燃料电池金属双极板在高低温环境下的适应情况进行评价，方法操作简单便捷，具有较高的应用性，对双极板涂层在初期的筛选评价工作具有很强的价值。
20.基于上述理由本发明可在燃料电池领域广泛推广。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
22.图1表示实施例1所述温度变化工况。
23.图2表示实施例1中具有不同涂层的双极板的接触电阻检测结果与大循环次数之间的关系曲线。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明
书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
29.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
30.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
31.实施例1
32.本发明提供了一种燃料电池金属双极板耐高低温性能的评价方法，具体包括以下步骤：
33.s1：搭建用于为金属双极板提供温度变化工况的试验平台；
34.s2：根据质子交换膜燃料电池使用时的实际工作情况选择温度变化区间，并设定每个温度变化工况的运行时间以及一个大循环内运行的温度变化工况次数；
35.s3：确定金属双极板性能评价的考核指标，考核指标包括接触电阻、接触角、腐蚀电流、体电阻率、结合力和涂层厚度，选择至少一项考核指标用于对金属双极板进行性能评价；
36.s4：将待评价金属双极板样品放入试验平台，使试验平台在步骤s2确定的温度变化工况下运行，在每个大循环运行结束后将金属双极板取出，进行选择的考核指标的检测；
37.s5：根据对待评价金属双极板样品的考核指标检测结果绘制大循环运行次数与考核指标检测结果的关系曲线，从而对待评价金属双极板的耐高低温性能进行定性分析和评价。
38.进一步地，试验平台为高低温试验箱。
39.进一步地，如图1所示，根据车用质子交换膜燃料电池的实际应用情况，温度变化工况的温度变化区间为-30℃至90℃；每个温度变化工况的运行时间为3h。
40.进一步地，每个大循环内运行的温度变化工况次数为5。
41.进一步地，步骤s4中，每次选择三个同类型待评价金属双极板样品进行试验与检
测，每个大循环运行结束后，取三个同类型待评价金属双极板样品的考核指标检测结果的平均值用于在步骤s5中绘制关系曲线。
42.本实施例选择对具有a、b、c三种不同涂层的金属双极板应用本发明提供的评价方法，具体包括以下步骤：
43.s1：选择高低温试验箱作为试验平台；检查金属双极板外观，确保表面无油污、缺陷、镀层脱落的现象；对具有a、b、c三种不同涂层的金属双极板分别选择三个样品用于后续试验；
44.s2：选择温度变化工况的温度变化区间为-30℃至90℃，每个温度变化工况的运行时间为3h，一个大循环内包括5次上述温度变化工况；
45.s3：选择接触电阻用于对金属双极板进行性能评价；
46.s4：将所有样品同时置于高低温试验箱内，保证一定的间隔，确保温度的一致性；使试验平台在步骤s2确定的温度变化工况下运行，在每个大循环运行结束后将金属双极板取出，对每个样品都进行接触电阻的检测；
47.s5：取同类型的三片样品的平均值作为最终结果，绘制大循环运行次数与考核指标检测结果的关系曲线，最终结果如图2所示，可以看出，具有a、b、c三种不同涂层的金属双极板中，具有a涂层的金属双极板耐高低温性能最佳。
48.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。