多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測試裝置及測試方法
【專利摘要】一種多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測試裝置，其可借助自呼吸式單體燃料電池為主要測試裝置，利用空氣中的氧氣作為探針，并通過比較透過待測多孔介質(zhì)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品的氧氣濃度來計算待測多孔介質(zhì)樣品的MacMullin數(shù)，進(jìn)而計算物質(zhì)在待測多孔介質(zhì)樣品中的有效擴(kuò)散系數(shù)。此方法與采用傳統(tǒng)的Loschmidt擴(kuò)散池測量物質(zhì)在多孔介質(zhì)中的有效擴(kuò)散系數(shù)相比，具有測試裝置簡易、測試步驟簡便、數(shù)據(jù)處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，且其不需要高純氣體，不會因測試過程中氣體濃度受環(huán)境影響而改變從而影響測試結(jié)果。
【專利說明】多孔介質(zhì)MacMuI I in數(shù)的測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多孔材料表征【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置及物質(zhì)在多孔介質(zhì)中有效擴(kuò)散系數(shù)的測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔材料廣泛應(yīng)用于能源及環(huán)境的各個領(lǐng)域，了解物質(zhì)在其中的傳遞過程對于材料的設(shè)計及使用極為重要。物質(zhì)在多孔材料中擴(kuò)散主要受孔隙率ε和曲折度τ的影響，其有效擴(kuò)散系數(shù)可由下式計算。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于: 包括一膜電極，一陽極端板和一陰極端板，一個或多個標(biāo)準(zhǔn)樣品； 陽極端板貼近于膜電極的一側(cè)具有供燃料流動的流道；陰極端板遠(yuǎn)離于膜電極一側(cè)垂直設(shè)置有供樣品放置的凹槽，且凹槽底部開設(shè)有垂直于膜電極的供氣體流通的通孔； 陽極端板、膜電極、陰極端板依次疊合設(shè)置，并組裝固定，構(gòu)成一自呼吸式燃料電池；所述標(biāo)準(zhǔn)樣品為致密的平板，其外框形狀和大小與陰極端板中的凹槽相同，且置入時標(biāo)準(zhǔn)樣品的邊緣與凹槽內(nèi)側(cè)壁緊密配合； 標(biāo)準(zhǔn)樣品上所開設(shè)的孔與凹槽底部開設(shè)的孔一一對應(yīng)；且標(biāo)準(zhǔn)樣品上所開設(shè)的孔于膜電極上的投影處于凹槽底部開設(shè)的孔于膜電極上的投影內(nèi)； 一個或多個標(biāo)準(zhǔn)樣品與陰極端板中的凹槽間可拆卸配合，與自呼吸式燃料電池共同構(gòu)成一多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置。
2.如權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于:所述裝置中同時具有一陽極擴(kuò)散層和一陰極擴(kuò)散層；所述自呼吸式燃料電池由陽極端板、陽極擴(kuò)散層、膜電極、陰極擴(kuò)散層和陰極端板依次疊合，并組裝固定構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于: 所述測定裝置用于待測多孔介質(zhì)樣品MacMullin數(shù)的測定； 所述待測多孔介質(zhì)樣品為平板狀，其板面的形狀和大小與標(biāo)準(zhǔn)樣品的表面相同，且置入時待測多孔介質(zhì)樣品的邊緣與凹槽內(nèi)側(cè)壁緊密配合； 陰極端板中的 凹槽深度大于標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測多孔介質(zhì)樣品的厚度之和。
4.如權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于:所述凹槽底部開設(shè)有一個或兩個以上的孔，且開孔面積總和與電極有效面積之比為0.5-0.9 ;所述凹槽底部開設(shè)的孔中，每個孔的面積同電極有效面積的比為1:400-1:2 ;所述凹槽底部開設(shè)的一個或兩個以上的孔，其垂直投影落于電極有效面積上。
5.如權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于:所述標(biāo)準(zhǔn)樣品所開設(shè)的孔與凹槽底部所開設(shè)的孔的重疊部分的總面積同凹槽底部所開設(shè)的孔的總面積之比為0.5-1。
6.如權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于:所述凹槽底部開設(shè)的孔均勻分布于凹槽底部。
7.如權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的測定裝置，其特征在于:所述陽極端板和陰極端板分別設(shè)置有可與外部負(fù)載連接的第一和第二集流點(diǎn)；所述陽極端板上有具有與陽極流道相通的進(jìn)氣口和出氣口 ；所述陽極端板和陰極端板其材質(zhì)為不銹鋼、鍍金或鍍銀的不銹鋼、鍍金鋁板、鍍金鈦板、鍍金或鍍銀銅板、石墨、石墨/聚合物復(fù)合板中的一種。
8.一種采用權(quán)利要求1所述裝置測定多孔介質(zhì)MacMullin數(shù)的方法，其特征在于:包括以下步驟， O組裝一自呼吸式燃料電池單電池； 2)將電池陽極通入燃料，并采用電子負(fù)載測定其恒電流放電性能，取1-1Omin內(nèi)的電壓平均值，記作Vtl; 3)將標(biāo)準(zhǔn)樣品置于自呼吸式電池陰極端板的凹槽中，保證標(biāo)準(zhǔn)樣品的開孔與凹槽的開孔相對應(yīng)放置，采用步驟2)相同的測試條件測定其恒電流放電性能，取1-1Omin內(nèi)的電壓平均值，記作V1 ； 4)將標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測多孔介質(zhì)樣品緊密貼合，并共同置于自呼吸式電池陰極端板的凹槽中，保證保證標(biāo)準(zhǔn)樣品的開孔與凹槽的開孔相對應(yīng)放置，且保證待測多孔介質(zhì)樣品與凹槽內(nèi)壁間緊密貼接，采用步驟2)相同的測試條件測定其恒電流放電性能，取1-1Omin的電壓平均值，記作V2; 5)分別測定標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測多孔介質(zhì)樣品的厚度，并分別記作hs和ht;同時將標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測多孔介質(zhì)樣品的MacMullin數(shù)分別記作NWPN ,根據(jù)測定電壓與氧氣濃度的關(guān)系，可知:
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:根據(jù)待測多孔介質(zhì)樣品的MacMullin數(shù)Μ:，根據(jù)物質(zhì)在多孔介質(zhì)中的有效擴(kuò)散系數(shù)Drff計算公式可知某一物質(zhì)于待測多孔介質(zhì)樣品中的有效擴(kuò)散系數(shù)，
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述陽極燃料為氫氣、甲醇、乙醇或甲酸。
【文檔編號】G01N13/00GK103852402SQ201210506891
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】孫公權(quán), 楊林林, 孫海 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所