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测量质子交换膜燃料电池催化层孔隙率的方法
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Method for measuring porosity of catalyst layer of proton exchange membrane fuel cell

申请号:201610551623.7 申请日:2016-07-13
CN201610551623
CN106198348A
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摘要:本发明揭示了一种测量质子交换膜燃料电池催化层孔隙率的方法,包括如下步骤:步骤1:以无孔无压缩性且具有一定柔韧性的薄膜材料作为催化层的基底,将催化剂浆液沉积在薄膜基底上,形成催化层;步骤2:将薄膜材料装入压汞仪的膨胀计,测定薄膜材料的孔径分布情况,并校准膨胀计的真实容积;步骤3:将负载有催化层的基底装入压汞仪的膨胀计,测定催化层的孔径结构信息;步骤4:依据所测得数据,计算催化层体积VCL及汞填充体积Vpore,根据计算催化层的孔隙率。本发明能够完全分离基底形变及其孔径分布对催化层孔隙的影响,能够快速精确地计算催化层的孔隙率,具有很好的实用性和实验精确度,可提高催化层孔隙率测试的精确度。
Abstract: The invention discloses a method for measuring porosity of a catalyst layer of a proton exchange membrane fuel cell. The method comprises the following steps: step 1, taking a nonporous and noncompressible thin film material with certain flexibility as a substrate of the catalyst layer, and depositing catalyst slurry on a thin film substrate to form the catalyst layer; step 2, putting the thin film material into a dilatometer of a mercury injection apparatus, determining pore size distribution of the thin film material, and calibrating the real volume of the dilatometer; step 3, putting the substrate loaded with the catalyst layer into the dilatometer of the mercury injection apparatus, and measuring aperture structure information of the catalyst layer; and step 4, according to the measured data, calculating a volume of the catalyst layer VCL and a mercury filling volume Vpore, and calculating the porosity of the catalyst layer according to a formula described in the specification. The method disclosed by the invention has the advantages that influence of substrate deformation and pore size distribution thereof on the porosity of the catalyst layer can be completely separated, the porosity of the catalyst layer can be rapidly and accurately calculated, practicability and experiment accuracy are good, and accuracy of measuring the porosity of the catalyst layer can be improved.
申请人: 江苏师范大学
Applicant: UNIV JIANGSU NORMAL
地址: 221116 江苏省徐州市铜山区********(隐藏)
发明(设计)人: 赵新生 王敏 李建伟 魏永生
Inventor: ZHAO XINSHENG; WANG MIN; LI JIANWEI; WEI YONGSHENG
主分类号: G01N15/08(2006.01)I
分类号: G01N15/08(2006.01)I H01M4/86(2006.01)I
  • 法律状态
2019-08-16  授权
2017-01-04  实质审查的生效 IPC(主分类):G01N 15/08申请日:20160713
2016-12-07  公开
注:本法律状态信息仅供参考,即时准确的法律状态信息须到国家知识产权局办理专利登记簿副本。
  • 其他信息
主权项  一种测量质子交换膜燃料电池催化层孔隙率的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1:以无孔无压缩性且具有一定柔韧性的薄膜材料作为催化层的基底,采用刷涂、喷涂或印刷工艺,将催化剂浆液沉积在薄膜基底,形成催化层;所述催化层的基底材料是无孔、无压缩性且具有一定柔韧度,为聚四氟乙烯或聚酰亚胺塑料薄膜材料,或薄且能卷绕的不锈钢片;催化层的基底材料需能够准确测量其体积和质量;步骤2:将薄膜材料装入压汞仪的膨胀计,测定薄膜材料的孔径分布情况,并校准膨胀计的真实容积;所述膨胀计的容积VP由空的膨胀计和填满汞的膨胀计之间的质量差决定,根据式(1)计算;其中,是膨胀计中汞填充量,Mp,empty是空膨胀计的质量,Mp,Hg‑filled是填满汞的膨胀计的质量,ρHg是汞密度13.5335g ml‑1;步骤3:将负载有催化层的基底装入压汞仪的膨胀计,测定催化层的孔径结构信息;所述步骤2和步骤3的测量过程,压力要在压汞仪的压力测试范围,外界最高施加压力不低于33000Psi;步骤4:依据所测得数据,计算催化层体积VCL及汞填充体积Vpore,根据计算催化层的孔隙率;步骤4具体包括:催化层的体积根据式(2)、(3)求算;V=VCL+VS    (3)其中,V为样品的体积,样品即催化层和基底,VS为基底的体积,VCL为催化层的体积,Mp,empty为完全干燥的空膨胀计的质量,M为样品质量,MpsHg为装有样品并填满汞的膨胀计质量;基底的体积可根据其质量与密度计算得到,或直接通过测量其几何尺寸而得到;最后,根据式(4)计算出催化层的孔隙率;其中,Vpore为压力范围在171Psi和最高压力之间或孔径尺寸在1微米和2纳米范围内汞的体积;VHg,f为在压力最高处、即孔径在2纳米处,每克催化层ml/g CL中渗入的汞质量;VHg,i为在压力171psi,即孔径在1微米处,每克催化层ml/g CL中渗入的汞质量。
公开号  106198348A
公开日  2016-12-07
专利代理机构  上海金盛协力知识产权代理有限公司 31242
代理人  王松
颁证日  
优先权  
 
国别 优先权号 优先权日 类型
CN  201610551623  20160713 
国际申请  
国际公布  
进入国家日期  
  • 专利对比文献
类型 阶段 文献号 公开日期 涉及权利要求项 相关页数
SEA  JP2001085007A  20010330  1-9  全文 
SEA  CN102255085A  20111123  2-4、6-9  说明书0027-0040段及附图1 
SEA  CN102735599A  20121017  1-9  全文 
SEA  CN103134744A  20130605  1-9  全文 
SEA  WO2015030184A1  20150305  1-9  全文 
注:不保证该信息的有效性、完整性、准确性,以上信息也不具有任何效力,仅供参考。使用前请另行委托专业机构进一步查核,使用该信息的一切后果由用户自行负责。
X:单独影响权利要求的新颖性或创造性的文件;
Y:与检索报告中其他 Y类文件组合后影响权利要求的创造性的文件;
A:背景技术文件,即反映权利要求的部分技术特征或者有关的现有技术的文件;
R:任何单位或个人在申请日向专利局提交的、属于同样的发明创造的专利或专利申请文件;
P:中间文件,其公开日在申请的申请日与所要求的优先权日之间的文件,或会导致需核实该申请优先权的文件;
E:单独影响权利要求新颖性的抵触申请文件。
  • 期刊对比文献
类型 阶段 期刊文摘名称 作者 标题 涉及权利要求项 相关页数
SEA  《理化检验-物理分册》  田志宏等  压汞法测试耐火材料孔结构的原理和方法  1-9  615-617页 
田志宏等: "压汞法测试耐火材料孔结构的原理和方法", 《理化检验-物理分册》 
SEA  《化学进展》  王晓丽等  质子交换膜燃料电池气体扩散层的研究进展  1-9  507-513页 
王晓丽等: "质子交换膜燃料电池气体扩散层的研究进展", 《化学进展》 
SEA  《实验技术与管理》  汤永净等  压汞实验和误差分析  2-4、6-9  50-54页 
汤永净等: "压汞实验和误差分析", 《实验技术与管理》 
SEA  《钛工业进展》  刘培生  多孔材料孔率的测定方法  1-9  34-36页 
刘培生: "多孔材料孔率的测定方法", 《钛工业进展》 
  • 书籍对比文献
类型 阶段 书名 作者 标题 涉及权利要求项 相关页数
SEA    王瑞生    2-4、6-9  253-258页 
王瑞生: "《无机非金属材料实验规程》", 31 May 2004, 冶金工业出版社 
  • 附加信息
同族专利
CN106198348B
 
引用文献
WO2015030184A1JP2001085007ACN102255085A
CN102735599ACN103134744A
 
被引用文献
CN112632786A