一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法

1.本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池(pemfc)具有零排放、高效、加注时间短等优点，是未来最有前景的长途重卡动力源。不过pemfc大规模推广仍需突破寿命关键瓶颈。研究表明pemfc动态运行过程中热是引起电池材料及部件寿命衰减的关键因素。为了避免热致衰变问题，目前已有很多研究采用数值模拟方法研究电池内部传热行为，但仍存在热参数取值不准确的问题。模型中双极板(bp)与气体扩散层(gdl)间的界面接触热阻(tcr)通常采用假设值或理论计算值，少数采用gdl导热系数测试过程中得到的台架和gdl的tcr。研究表明gdl和bp间的tcr对电池内部热场以及电池性能有显著影响。因此，如何准确测量gdl和bp间的tcr备受关注。


技术实现要素：

3.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法。
4.本发明提供了一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1，制备多层的气体扩散层样品，并制备双极板样品和第二双极板样品；
5.步骤s2，设定测量环境条件，将气体扩散层样品放置在导热仪测试用的台架上，通过导热仪测试得到第一总热阻r
tot1
，第一总热阻r
tot1
包含气体扩散层样品的体热阻r
gdb
以及气体扩散层样品与台架间的界面接触热阻2r
c,1
；
6.步骤s3，设定测量环境条件，将双极板样品放置于气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第二总热阻r
tot2
，第二总热阻r
tot2
包含第一总热阻r
tot1
、双极板样品的体热阻r
bp
以及双极板样品与气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
；
7.步骤s4，设定测量环境条件，将第二双极板样品放置于气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第三总热阻r
tot3
，第三总热阻r
tot3
包含第一总热阻r
tot1
、第二双极板样品的体热阻2r
bp
以及第二双极板样品与气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
；
8.步骤s5，结合第一总热阻r
tot1
，第二总热阻r
tot2
和第三总热阻r
tot3
，基于一维稳态导热模型推导计算得到双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻r
c,2
，
9.其中，双极板样品和第二双极板样品的材料相同，第二双极板样品的厚度为双极板样品的厚度的2倍。
10.在本发明提供的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤s2中，测试得到的第一总热阻r
tot1
包含气体扩散层样品的体热阻r
gdb
以及气体扩散层样品与台架间的界面接触热阻2r
c,1
，如公式(1)，
11.r
tot1
＝2r
c,1
+r
gdb
(1)
12.步骤s3中，测试得到的第二总热阻r
tot2
包含第一总热阻r
tot1
、双极板样品的体热阻r
bp
以及双极板样品与气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
，如公式(2)，
13.r
tot2
＝2r
c,1
+r
gdb
+r
bp
+2r
c,2 (2)
14.步骤s4中，测试得到的第三总热阻r
tot3
包含第一总热阻r
tot1
、第二双极板样品的体热阻2r
bp
以及第二双极板样品与气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
，如公式(3)，
15.r
tot3
＝2r
c,1
+r
gdb
+2r
bp
+2r
c,2
(3)
16.步骤s5中，结合第一总热阻r
tot1
，第二总热阻r
tot2
和第三总热阻r
tot3
，基于一维稳态导热模型推导计算得到双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻r
c,2
，如公式(4)，
[0017][0018]
在本发明提供的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，导热仪为基于稳态导热原理测试样品导热系数的测试设备，
[0019]
步骤s1中，根据导热仪的测温要求，制备的气体扩散层样品、双极板样品以及第二双极板样品的形状为圆形、矩形或不规则形状，直径或长宽为1mm～40mm。
[0020]
在本发明提供的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，气体扩散层样品由碳纸或碳布多层堆叠形成，堆叠层数为4层-20层。
[0021]
在本发明提供的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，双极板样品和第二双极板样品为石墨双极板、金属双极板或复合材料双极板，
[0022]
双极板样品和第二双极板样品的厚度为1mm～5mm。
[0023]
在本发明提供的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤s2-步骤s4中，设定测量条件包括设定温度、压力以及含水量。
[0024]
在本发明提供的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，台架的接触面材料为铜、铝或金。
[0025]
发明的作用与效果
[0026]
根据本发明所涉及的一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，通过三次多层的气体扩散层样品和双极板样品进行叠加测试，分别得到第一总热阻，第二总热阻和第三总热阻，再基于一维稳态导热模型进行推导计算得到双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻。相对现有方法中通过测量气体扩散层导热系数测试过程中得到的台架和气体扩散层的界面接触热阻的方式，通过本发明的方法可以直接计算得到不同环境条件下双极板和气体扩散层间的界面接触热阻，能够为燃料电池热模型计算提供更准确的热参数。
附图说明
[0027]
图1是本发明的实施例中一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法的流程示意图；
[0028]
图2是本发明的实施例中导热仪以及气体扩散层样品的实物图；
[0029]
图3是本发明的实施例中通过导热仪测试得到第一总热阻、第二总热阻以及第三总热阻的示意图；
[0030]
图4是本发明的实施例中在不同压缩压力下测试得到的第一总热阻；
[0031]
图5是本发明的实施例中在不同压缩压力下测试得到的第二总热阻；
[0032]
图6是本发明的实施例中在不同压缩压力下测试得到的第三总热阻；图7是本发明的实施例中在不同压缩压力下计算得到的双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻。
具体实施方式
[0033]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的垃圾渗滤液的氧化塘处理方法作具体阐述。
[0034]
《实施例》
[0035]
图1是本发明的实施例中一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法的流程示意图。
[0036]
如图1所示，本实施例的一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，包括以下步骤：
[0037]
步骤s1，制备多层的气体扩散层样品，并制备双极板样品和第二双极板样品，具体如下：
[0038]
本实施例中，分别选用碳纸和石墨双极板作为制备原料，并按照导热仪的测温要求进行样品制备，本实施例中使用的导热仪为稳态热流导热仪，制备的多层的气体扩散层样品为6层东丽tgp-h-060碳纸，双极板样品为1mm厚石墨双极板，第二双极板样品为2mm厚石墨双极板，并且所有样品均制备为直径30mm的圆片。
[0039]
图2是本发明的实施例中导热仪以及气体扩散层样品的实物图。图2中(a)为导热仪，(b)为本实施例制备的气体扩散层样品，(c)为气体扩散层样品放置在台架上的放置位置。
[0040]
如图2所示，步骤s2，设定测量环境条件，将气体扩散层样品放置在导热仪测试用的台架上，通过导热仪测试得到第一总热阻r
tot1
，第一总热阻r
tot1
包含气体扩散层样品的体热阻r
gdb
以及气体扩散层样品与台架间的界面接触热阻2r
c,1
，如公式(1)，
[0041]rtot1
＝2r
c,1
+r
gdb
(1)
[0042]
步骤s3，设定测量环境条件，将双极板样品放置于气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第二总热阻r
tot2
，第二总热阻r
tot2
包含第一总热阻r
tot1
、双极板样品的体热阻r
bp
以及双极板样品与气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
，如公式2，
[0043]rtot2
＝2r
c,1
+r
gdb
+r
bp
+2r
c,2 (2)
[0044]
步骤s4，设定测量环境条件，将第二双极板样品放置于气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第三总热阻r
tot3
，第三总热阻r
tot3
包含第一总热阻r
tot1
、第二双极板样品的体热阻2r
bp
以及第二双极板样品与气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
，
[0045]rtot3
＝2r
c,1
+r
gdb
+2r
bp
+2r
c,2
(3)
[0046]
步骤s3和步骤s4中，双极板样品和第二双极板样品放置于多层的气体扩散层样品中时，可以是上下层数对称，也可以上下层数不对称。本实施例中，双极板样品和第二双极
板样品的放置位置均为气体扩散层样品的中间位置，即上面3层，下面3层。
[0047]
本实施例中，测量环境为室温，加载压力范围为0.2～1.29mpa。
[0048]
图3是本发明的实施例中通过导热仪测试得到第一总热阻、第二总热阻以及第三总热阻的示意图。图中(a)、(b)、(c)分别为通过导热仪测试不同压缩压力下的第一总热阻、第二总热阻以及第三总热阻的示意图。
[0049]
如图3所示，步骤s2-步骤s4中，在给定室温，不同压缩压力下通过导热仪测量得到第一总热阻、第二总热阻以及第三总热阻，测量结果对应如图4-图6所示。
[0050]
步骤s5，结合第一总热阻r
tot1
，第二总热阻r
tot2
和第三总热阻r
tot3
，基于一维稳态导热模型推导计算得到双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻r
c,2
，
[0051][0052]
图7是本发明的实施例中在不同压缩压力下计算得到的双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻。
[0053]
如图7所示，根据测量得到的第一总热阻，第二总热阻和第三总热阻，基于一维稳态导热模型推导，能够直接计算得到不同压缩压力双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻。
[0054]
实施例的作用与效果
[0055]
根据本实施例所涉及的一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，通过三次多层的气体扩散层样品和双极板样品进行叠加测试，分别得到第一总热阻，第二总热阻和第三总热阻，再基于一维稳态导热模型进行推导计算得到双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻。相对现有方法中通过测量气体扩散层导热系数测试过程中得到的台架和气体扩散层的界面接触热阻的方式，通过本实施例的方法可以直接计算得到不同环境条件下双极板和气体扩散层间的界面接触热阻，能够为燃料电池热模型计算提供更准确的热参数。
[0056]
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，制备多层的气体扩散层样品，并制备双极板样品和第二双极板样品；步骤s2，设定测量环境条件，将所述气体扩散层样品放置在导热仪测试用的台架上，通过导热仪测试得到第一总热阻r
tot1
，所述第一总热阻r
tot1
包含所述气体扩散层样品的体热阻r
gdb
以及所述气体扩散层样品与台架间的界面接触热阻2r
c,1
；步骤s3，设定测量环境条件，将所述双极板样品放置于所述气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第二总热阻r
tot2
，所述第二总热阻r
tot2
包含所述第一总热阻r
tot1
、所述双极板样品的体热阻r
bp
以及所述双极板样品与所述气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
；步骤s4，设定测量环境条件，将所述第二双极板样品放置于所述气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第三总热阻r
tot3
，所述第三总热阻r
tot3
包含所述第一总热阻r
tot1
、所述第二双极板样品的体热阻2r
bp
以及所述第二双极板样品与所述气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
；步骤s5，结合所述第一总热阻r
tot1
，所述第二总热阻r
tot2
和所述第三总热阻r
tot3
，基于一维稳态导热模型推导计算得到所述双极板样品与所述气体扩散层样品间的界面接触热阻r
c,2
，其中，所述双极板样品和所述第二双极板样品的材料相同，所述第二双极板样品的厚度为所述双极板样品的厚度的2倍。2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于：其中，步骤s2中，测试得到的所述第一总热阻r
tot1
包含所述气体扩散层样品的体热阻r
gdb
以及所述气体扩散层样品与台架间的界面接触热阻2r
c,1
，如公式(1)，r
tot1
＝2r
c,1
+r
gdb
(1)步骤s3中，测试得到的所述第二总热阻r
tot2
包含所述第一总热阻r
tot1
、所述双极板样品的体热阻r
bp
以及所述双极板样品与所述气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
，如公式(2)，r
tot2
＝2r
c,1
+r
gdb
+r
bp
+2r
c,2 (2)步骤s4中，测试得到的所述第三总热阻r
tot3
包含所述第一总热阻r
tot1
、所述第二双极板样品的体热阻2r
bp
以及所述第二双极板样品与所述气体扩散层样品的界面接触热阻2r
c,2
，如公式(3)，r
tot3
＝2r
c,1
+r
gdb
+2r
bp
+2r
c,2
(3)步骤s5中，结合所述第一总热阻r
tot1
，所述第二总热阻r
tot2
和所述第三总热阻r
tot3
，基于一维稳态导热模型推导计算得到所述双极板样品与所述气体扩散层样品间的界面接触热阻r
c,2
，如公式(4)，3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于：其中，所述导热仪为基于稳态导热原理测试样品导热系数的测试设备，步骤s1中，根据所述所述导热仪的测温要求，制备的所述气体扩散层样品、所述双极板样品以及所述第二双极板样品的形状为圆形、矩形或不规则形状，直径或长宽为1mm～
40mm。4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于：其中，所述气体扩散层样品由碳纸或碳布多层堆叠形成，堆叠层数为4层-20层。5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于：其中，所述双极板样品和所述第二双极板样品为石墨双极板、金属双极板或复合材料双极板，所述双极板样品和所述第二双极板样品的厚度为1mm～5mm。6.根据权利要求1所述的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于：其中，步骤s2-步骤s4中，设定所述测量条件包括设定温度、压力以及含水量。7.根据权利要求1所述的燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，其特征在于：其中，所述台架的接触面材料为铜、铝或金。

技术总结
本发明提供了一种燃料电池双极板与气体扩散层界面热阻测量方法，包括以下步骤：步骤S1，制备多层的气体扩散层样品、双极板样品和第二双极板样品；步骤S2，设定测量环境条件，将气体扩散层样品放置在导热仪测试用的台架上，通过导热仪测试得到第一总热阻；步骤S3，设定测量环境条件，将双极板样品放置于气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第二总热阻；步骤S4，设定测量环境条件，将第二双极板样品放置于气体扩散层样品中，通过导热仪测试得到第三总热阻；步骤S5，结合第一总热阻，第二总热阻和第三总热阻，基于一维稳态导热模型推导计算得到双极板样品与气体扩散层样品间的界面接触热阻。热阻。热阻。


技术研发人员：王倩倩 明平文 崔国民 沈伟
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/21