PDF《直接甲醇燃料电池测试系统的搭建与调试》

1 - 甲醇溶液供液罐 ;

2, 30,

33 - 截止阀 ;

3 - 蠕 动泵 ;

4,

22 - 加热带 ;

5 - 阳极入口缓冲器 ;

6 - 甲醇 溶液回收罐 ;

7,

19 - 背压调节阀 ;

8,

18 - 气液分离 器;

9-排气阀 ;

10,

17 - 差压变送器 ;

11,

16 - 压力 变送器 ;

12 - 拍摄系统 ;

13 - 光源 ;

14 - 透明直接甲醇 燃料电池 ;

15 - 电子负载 ;

20 - 排水阀 ;

21 - 阴极入口 缓冲器 ;

23 - 气体加湿器 ;

24 - 三通换向阀 ;

25 - 单向 阀;

26 - 质量流量控制器 ;

27 - 气体过滤器 ;

28 - 氧气 瓶;

29,

32 - 减压阀 ;

31 - 氮气瓶 图1实验系统示意图

211 阳极供液及排放系统 对于液相进料的直接甲醇燃料电池的阳极 , 本 实验台采用非循环式甲醇供液系统 , 目的是保证实 验过程中能供给恒定浓度的甲醇溶液.阳极供液及 排放系统主要由蠕动泵、加热带、缓冲器 , 气液分 离器等组成.系统运行时 , 预先配置好的甲醇水溶 液被蠕动泵抽出并输送至加热带加热.加热带通过 温度控制器控温 , 使溶液预热至设定的温度后 , 经 缓冲器平稳进入直接甲醇燃料电池的阳极入口.甲 醇水溶液在燃料电池内部发生电化学反应后 , 反应 产物二氧化碳和未反应完的甲醇溶液从燃料电池阳 极出口排出进入气液分离器.随后 , 分离出的液体 流经背压调节器进入甲醇溶液回收罐 , 而分离出的 气体则经放空阀排出.阳极液路循环系统选用精度 为0125%的压力变送器 (型号 SBP800)和差压变送 器 (型号 1151DP4E)分别对电池阳极出口压力实施 监控及测量进出口的压差.

212 阴极供气及排放系统 直接甲醇燃料电池阴极供气及排放系统主要由 质量流量控制器、加热带、缓冲器及气液分离器等 组成.如图 1所示氧气瓶中的高纯度氧气经减压阀 后进入质量流量控制器 , 质量流量控制器按照不同 量程并联使用 , 以确保流量计的量程范围覆盖实验 台设计的流量范围并有较高测量精度.氧气在加热 管段被预热至设定温度后 , 经过缓冲器进入燃料电 池阴极入口 , 在燃料电池阴极内 , 氧气发生电化学 反应 , 反应生成物水及多余的氧气离开燃料电池进 入气液分离器 , 分离出的气体经背压调节器排出 , 分离出的液体经底部的排水阀流出. 阴极气路循环系统也选用精度为 0125%的压 力变送器 (型号 SBP800)对电池阴极出口压力实施 监控 , 用一个精度为 0125%的差压变送器 (型号 1151DP4E)对电池阴极进出口的压差进行测量.

213 外电路负载 外电路负载用于测量燃料电池的电性能 , 并控 制电池的输出特性.本文的电子负载采用的是美国 A rbin Instruments公司生产的 ELOAD系列产品 , 该 系统可同时为多组不同的电池系统提供外电路负 载,并进行数据采集.

3 实验系统的调试 实验系统搭建完成之后 , 首先要进行调试 , 包 括温度传感器的标定 , 蠕动泵标定 , 温度控制器 PI D参数的调节 , 系统检漏和气密性实验 , 系统试 运行.只有经调试确定系统运行稳定可靠后 , 才可 以进入正式实验研究环节.

311 温度传感器的标定 温度传感器采用 Pt100, 分别置于阳极进出口、 阴极进出口以及燃料电池阴阳极的极板内.该传感 器具有体积小、精度高、响应速度快、性能稳定、 复线性好、抗氧化性强等优点 [