一种PEM电解堆及采集PEM电解堆电流密度的测试装置

本发明涉及pem电解堆性能测试，具体涉及一种pem电解堆及采集pem电解堆电流密度的测试装置。

背景技术：

1、pem电解堆制氢技术以其电流密度大、响应迅速、产氢纯度高、可轻量化、可小型化、可简单化等特性，已成为全球各国研究的热点。随着pem电解堆研究的深入，其在商业化过程中所面临的挑战也日益凸显，如可靠性、耐久性和价格较高等问题。目前，传统检测pem电解堆性能的方式是测量电解池单体的电压，利用所测得的电压来评估pem电解堆性能，但此方法无法进一步了解电堆内部的运行状况，无法直观并实时了解电解堆内部的反应状态，不便于了解电解堆内部运行规律。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种pem电解堆及采集pem电解堆电流密度的测试装置，具体采用如下技术方案：

2、一种pem电解堆，包括膜电极以及位于膜电极两侧的极板，其中至少一个极板在背向膜电极的一侧设有电流密度采集板，所述电流密度采集板的中部设有电流密度采集区，所述电流密度采集区的表面设有多个镀铜采集区；所述电流密度采集板的边缘设有信号连接区，所述信号连接区设有多个接线端孔，所述接线端孔与镀铜采集区之间设有印刷电路，所述印刷电路保持镀铜采集区与信号连接区导通。

3、可选的：所述pem电解堆还包括端板和加热板，每个所述极板背向膜电极的一侧分别连接一组所述加热板，所述加热板紧贴极板或电流密度采集板，所述加热板背向极板的一侧连接一组所述端板。

4、可选的：所述镀铜采集区与所述印刷电路位于所述电流密度采集板的同一侧，所述电流密度采集板的镀铜采集区朝向所述极板一侧，且相邻镀铜采集区之间设有线路容纳间隙，所述印刷电路位于线路容纳间隙。

5、可选的：所述镀铜采集区与所述印刷电路相对设置于所述电流密度采集板的两侧，所述电流密度采集板的镀铜采集区朝向所述极板一侧，每个镀铜采集区内设有至少一个导通孔，所述导通孔保持镀铜采集区与对应的印刷电路导通。

6、可选的：所述电流密度采集板背向极板一侧设有多个镀铜连接区，所述镀铜连接区与所述镀铜采集区一一对应，所述导通孔保持镀铜连接区与镀铜采集区电性连接，所述印刷电路保持镀铜连接区与信号连接区导通。

7、可选的：所述电流密度采集区的的镀铜采集区呈矩阵形分布。

8、可选的：所述电流密度采集板采用柔性印刷电路板。

9、此外本发明公开有一种用于采集pem电解堆电流密度的测试装置，其包括：

10、至少一组如上述的pem电解堆；

11、信号放大器，所述信号放大器连接所述电流密度采集板中信号连接区的接线端孔，所述信号放大器接收所述电流密度采集板采样的电流信号并放大；

12、信号采集器，所述信号采集器连接所述信号放大器，所述信号采集器接收所述信号放大器经放大后的电流信号；

13、信号处理器，所述信号处理器连接所述信号采集器，所述信号处理器接收所述信号采集器输出的电流信号，并将电流信号转化为所述pem电解堆内部的电流密度分布数据。

14、可选的：所述pem电解堆连接有供液系统，所述供液系统包括供水装置、加压装置、预热装置以及温控装置，

15、所述供水装置用于向pem电解堆提供反应物；

16、所述加压装置连接所述供水装置，所述加压装置用于反应物供给过程中提供动力；

17、所述预热装置连接所述加压装置，所述预热装置用于对反应物加热；

18、所述温控装置连接所述pem电解堆，所述温控装置用于测量pem电解堆内的温度。

19、可选的：所述pem电解堆连接有生成物收集系统，所述生成物收集系统包括气液分离装置、气体收集装置、液体收集装置以及液体净化回收装置；

20、所述气液分离装置连接所述pem电解堆的出口，所述气液分离装置用于将pem电解堆出口的反应物与生成物分离；

21、所述气体收集装置，所述气体收集装置连接所述气液分离装置，所述气体收集装置用于收集生成物中的氢气和氧气；

22、所述液体收集装置连接所述气液分离装置，所述液体收集装置用于收集pem电解堆出口的反应物；

23、所述液体净化回收装置位于液体收集装置与供水装置之间，所述液体净化回收装置用于净化液体收集装置所收集的反应物，并使净化后的反应物回流至所述供水装置。

24、有益效果

25、本发明的技术方案获得了下列有益效果：

26、(1)本发明的pem电解堆的内部设置电流密度采集板，利用电流密度采集板上分区分布的镀铜采集区可探测pem电解堆内部电流分布特点，可直观显示出电解堆内部的电流分布特性，可更深入地了解电池内部的水热特性，从而便于提升电池性能，改进电池结构，对推动pem电解水技术的进步，以及解决能源供应和人类社会持续发展之间的矛盾，都具有重要的指导意义。

27、(2)本发明中pem电解堆所采用的电流密度采集板利用柔性印刷电路板作为主体，可确保pem电解堆组装后整体密封性，避免水体泄漏；同时电流密度采集板可紧贴电解堆内部，提高了电流密度采集板的采集精准性。

技术特征：

1.一种pem电解堆，包括膜电极以及位于膜电极两侧的极板，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的pem电解堆，其特征在于，还包括端板和加热板，每个所述极板背向膜电极的一侧分别连接一组所述加热板，所述加热板紧贴极板或电流密度采集板，所述加热板背向极板的一侧连接一组所述端板。

3.根据权利要求1所述的pem电解堆，其特征在于，所述镀铜采集区与所述印刷电路位于所述电流密度采集板的同一侧，所述电流密度采集板的镀铜采集区朝向所述极板一侧，且相邻镀铜采集区之间设有线路容纳间隙，所述印刷电路位于线路容纳间隙。

4.根据权利要求1所述的pem电解堆，其特征在于，所述镀铜采集区与所述印刷电路相对设置于所述电流密度采集板的两侧，所述电流密度采集板的镀铜采集区朝向所述极板一侧，每个镀铜采集区内设有至少一个导通孔，所述导通孔保持镀铜采集区与对应的印刷电路导通。

5.根据权利要求4所述的pem电解堆，其特征在于，所述电流密度采集板背向极板一侧设有多个镀铜连接区，所述镀铜连接区与所述镀铜采集区一一对应，所述导通孔保持镀铜连接区与镀铜采集区电性连接，所述印刷电路保持镀铜连接区与信号连接区导通。

6.根据权利要求1所述的pem电解堆，其特征在于，所述电流密度采集区的的镀铜采集区呈矩阵形分布。

7.根据权利要求1所述的pem电解堆，其特征在于，所述电流密度采集板采用柔性印刷电路板。

8.一种用于采集pem电解堆电流密度的测试装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于，所述pem电解堆连接有供液系统，所述供液系统包括供水装置、加压装置、预热装置以及温控装置，

10.根据权利要求9所述的测试装置，其特征在于，所述pem电解堆连接有生成物收集系统，所述生成物收集系统包括气液分离装置、气体收集装置、液体收集装置以及液体净化回收装置；

技术总结本发明涉及一种PEM电解堆及采集PEM电解堆电流密度的测试装置，该PEM电解堆包括至少一个极板在背向膜电极的一侧设有电流密度采集板，所述电流密度采集板的中部设有电流密度采集区，所述电流密度采集区的表面设有多个镀铜采集区；所述电流密度采集板的边缘设有信号连接区，所述信号连接区设有多个接线端孔，所述接线端孔与镀铜采集区之间设有印刷电路，所述印刷电路保持镀铜采集区与信号连接区导通，其利用电流密度采集板上分区分布的镀铜采集区可探测PEM电解堆内部电流分布特点，可直观显示出电解堆内部的电流分布特性，可更深入地了解电池内部的水热特性，从而提升电池性能，改进电池结构。技术研发人员：刘建国,庞博,赵琨,谭爱东受保护的技术使用者：华北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29