用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，包括上電極、下電極、套筒、上極耳和下極耳；套筒為圓筒形，底部密封，上電極為帶有凸起的柱形結(jié)構(gòu)，凸起為圓柱形，位于柱形結(jié)構(gòu)的下部中心，凸起的下表面鍍鉑，為下電極鍍鉑測(cè)試面，上電極位于套筒內(nèi)，與套筒活動(dòng)連接；下電極為圓柱形結(jié)構(gòu)，下電極的上表面鍍鉑，為上電極鍍鉑測(cè)試面，下電極設(shè)置在套筒底部中心上，上電極的上端和下電極的下端分別設(shè)有上極耳和下極耳；上電極、下電極與套筒為同軸結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可使每次測(cè)量時(shí)質(zhì)子交換膜表面承受的壓力保持穩(wěn)定，排除了因人為因素而導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況，保證了測(cè)量的相對(duì)精確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，特別是涉及一種用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，是一種采用交流阻抗法測(cè)試質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具。
技術(shù)背景
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)使用質(zhì)子交換膜(PEM)做電解質(zhì)，其性能直接影響PEMFC的電池性能、能量效率和使用壽命。而質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能是衡量質(zhì)子交換膜(PEM)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。
[0003]測(cè)量技術(shù)的發(fā)展大致可以分為3種，包括直流掃描法、交流阻抗法和同軸探針?lè)?。其中兩電極交流阻抗法由于所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量快捷，而且測(cè)量的是質(zhì)子交換膜的橫向電阻，雖在低頻段由于界面阻抗的影響，其測(cè)得的膜電阻的絕對(duì)精度較差，但基本可滿足研究需要，為眾多研究者所采用。
[0004]采用兩電極交流阻抗法測(cè)試質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率有兩種方法，一種方法的主要特點(diǎn)是將鉬電極浸入水銀中，用水銀槽來(lái)實(shí)現(xiàn)電極與膜的接觸。但該方法不易操作，使用的水銀也有害于健康。
[0005]另一種測(cè)試方法為將待測(cè)膜樣品用上、下電極夾緊，上、下電極分別連接電化學(xué)工作站的測(cè)試端子，采用交流阻抗法進(jìn)行測(cè)量，頻率I~IO6Hz,擾動(dòng)電壓10mV。質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算:
[0006]σ =1/AR
[0007]式中，I為膜厚(cm)，R為膜的電阻(Ω)，A為膜的有效面積(cm2)，σ為膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率(S/cm)。膜的有效面積A實(shí)際上就是電極表面的面積。膜厚I采用螺旋測(cè)微儀(精度為0.01mm)進(jìn)行測(cè)量。電阻R值由電化學(xué)工作站測(cè)得的交流阻抗奈奎斯特(Nyquist)圖得到。在交流阻抗奈奎斯特(Nyquist)圖中，阻抗Z=Z' +jZ" , I' (橫軸)為實(shí)部阻抗，Z"(縱軸)為虛部阻抗。由于在高頻范圍內(nèi)消除了界面電容的影響，質(zhì)子交換膜的阻抗值基本呈線性，該直線與Z'軸的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值即為質(zhì)子交換膜的電阻值。該方法的主要問(wèn)題在于由螺栓結(jié)構(gòu)來(lái)固定上、下電極，使其對(duì)正，并根據(jù)測(cè)試人本身力量大小、熟練程度來(lái)確定待測(cè)膜的所受壓力，隨意性較大，測(cè)試結(jié)果受人為影響較多。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具。
[0009]本實(shí)用新型目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，其特征在于包括上電極、下電極、套筒、上極耳和下極耳；套筒為圓筒形，底部密封，上電極為帶有凸起的柱形結(jié)構(gòu)，凸起為圓柱形，位于柱形結(jié)構(gòu)的下部中心，凸起的下表面鍍鉬，為下電極鍍鉬測(cè)試面，上電極位于套筒內(nèi)，與套筒活動(dòng)連接；下電極為圓柱形結(jié)構(gòu)，下電極的上表面鍍鉬，為上電極鍍鉬測(cè)試面，下電極設(shè)置在套筒底部中心上，上電極的上端和下電極的下端分別設(shè)有上極耳和下極耳；上電極、下電極與套筒為同軸結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，位于下電極與上電極凸起處外側(cè)的套筒上開(kāi)設(shè)有觀察窗。所述下電極與套筒的底部固接。所述上電極和下電極均為不銹鋼材質(zhì)制備。所述套筒為工程塑料制備。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]I)測(cè)試時(shí)待測(cè)膜所承受的壓力恒定，即上電極的自身所受重力。并可根據(jù)需要在電極上面添加砝碼，增加待測(cè)膜所受壓力。
[0014]2)上、下電極與套筒為同軸結(jié)構(gòu)，上、下電極相對(duì)位置穩(wěn)定，不必依賴人為操作對(duì)齊，可減少人為誤差。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本實(shí)用新型用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具的正視圖。
[0016]圖2本圖1的俯視圖。
[0017]圖3本圖1的左視圖。
[0018]圖中示出:1_上電極，2-下電極，3-套筒，4-上極耳，5-下極耳，6-觀察窗，7-下電極鍍鉬測(cè)試面，8-上電極鍍鉬測(cè)試面。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0020]如圖1、2、3所示,用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具,包括上電極1、下電極
2、套筒3、上極耳4和下極耳5 ;套筒3為圓筒形，底部密封，上電極I為帶有凸起的柱形結(jié)構(gòu)，凸起為圓柱形，位于柱形結(jié)構(gòu)的下部中心，凸起的下表面鍍鉬，為下電極鍍鉬測(cè)試面7，上電極I位于套筒3內(nèi)，與套筒3活動(dòng)連接；下電極2為圓柱形結(jié)構(gòu)，下電極2的上表面鍍鉬，為上電極鍍鉬測(cè)試面8，下電極2設(shè)置在套筒3底部中心上，優(yōu)選地，下電極2與套筒3的底部固接；上電極I的上端和下電極2的下端分別設(shè)有上極耳4和下極耳5。下電極2與上電極I凸起之間用于放置待測(cè)試的質(zhì)子交換膜；位于下電極2與上電極I凸起處外側(cè)的套筒3開(kāi)設(shè)有觀察窗6。上電極1、下電極2與套筒3為同軸結(jié)構(gòu)。
[0021]上電極I和下電極2均為不銹鋼材質(zhì)，上電極I和下電極2的測(cè)試接觸面鍍鉬，以減少界面電阻。套筒3為工程塑料制備。
[0022]下電極2及套筒3固定在一起，上電極I可沿套筒內(nèi)壁滑動(dòng)，上電極I依靠自身重力對(duì)測(cè)試樣產(chǎn)生壓力，夾緊待測(cè)的質(zhì)子交換膜，上電極I的上表面還可以放置砝碼，以增加測(cè)試壓力。套筒3為工程塑料制備，一方面隔開(kāi)上電極I和下電極2，使其絕緣；另一方面可以保證上電極I和下電極2測(cè)試表面位置平行并相對(duì)固定，套筒3側(cè)面開(kāi)有觀察窗6，用于放置、觀察試樣。上極耳4和下極耳5用于連接測(cè)試儀器。配合千分尺，可以同時(shí)記錄試樣厚度。
[0023]將夾具豎直放好，取待測(cè)試樣剪成1.5cmX 1.5cm面積小塊待測(cè)試樣，水平放置于電極I和下電極2的測(cè)試面間，將上電極沿套筒內(nèi)壁緩慢放下，依其自身重量壓在待測(cè)試樣的上表面，放妥后，將電化學(xué)工作站的測(cè)試端子連接到上極耳4和下極耳5上，采用交流阻
抗法進(jìn)行測(cè)量，頻率I~IO6Hz,擾動(dòng)電壓10mV，膜厚通過(guò)千分尺測(cè)量，通過(guò)公式σ = 計(jì)算



AR
可得質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。式中，I為待測(cè)質(zhì)子交換膜的膜厚(cm)，R為膜的電阻(Ω )，A為膜的有效面積(cm2)，σ為待測(cè)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率(S/cm)。膜的有效面積A實(shí)際上就是下電極上表面的面積。測(cè)質(zhì)子交換膜的膜厚I采用螺旋測(cè)微儀(精度為0.01mm)進(jìn)行測(cè)量。電阻R值由電化學(xué)工作站測(cè)得的交流阻抗奈奎斯特(Nyquist)圖得到。
[0024]在交流阻抗奈奎斯特(Nyquist)的圖中，阻抗Z=Zi +jZ"，Zi (橫軸)為實(shí)部阻抗，Z"(縱軸)為虛部阻抗。由于在高頻范圍內(nèi)消除了界面電容的影響，質(zhì)子交換膜的阻抗值基本呈線性，該直線與V軸的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值即為質(zhì)子交換膜的電阻值。 [0025]本實(shí)用新型，測(cè)試時(shí)待測(cè)膜所承受的壓力恒定，即上電極的自身所受重力。并可根據(jù)需要在電極上面添加砝碼，增加待測(cè)膜所受壓力。上電極1、下電極2與套筒3為同軸結(jié)構(gòu)，上電極1、下電極2相對(duì)位置穩(wěn)定，不必依賴人為操作對(duì)齊，可減少人為誤差。上電極可沿套筒內(nèi)壁滑動(dòng)，依靠重力作用夾緊待測(cè)的質(zhì)子交換膜。通過(guò)用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具可使每次測(cè)量時(shí)膜表面承受的壓力保持穩(wěn)定，排除了因人為因素而導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況，保證了測(cè)量的相對(duì)精確度。
【權(quán)利要求】
1.用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，其特征在于:包括上電極、下電極、套筒、上極耳和下極耳；套筒為圓筒形，底部密封，上電極為帶有凸起的柱形結(jié)構(gòu)，凸起為圓柱形，位于柱形結(jié)構(gòu)的下部中心，凸起的下表面鍍鉬，為下電極鍍鉬測(cè)試面，上電極位于套筒內(nèi)，與套筒活動(dòng)連接；下電極為圓柱形結(jié)構(gòu)，下電極的上表面鍍鉬，為上電極鍍鉬測(cè)試面，下電極設(shè)置在套筒底部中心上，上電極的上端和下電極的下端分別設(shè)有上極耳和下極耳；上電極、下電極與套筒為同軸結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，其特征在于:位于下電極與上電極凸起處外側(cè)的套筒上開(kāi)設(shè)有觀察窗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，其特征在于:所述下電極與套筒的底部固接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，其特征在于:所述上電極和下電極均為不銹鋼材質(zhì)制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于質(zhì)子交換膜質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)量夾具，其特征在于:所述套筒為工程塑料制備。
【文檔編號(hào)】G01R1/04GK203561649SQ201320625421
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】于非 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 清遠(yuǎn)市金盛鋯鈦資源有限公司