质子交换膜燃料电池安全性能检测技术张江萍，赵黎华，冯智劭，李翔，郭维(天津出入境检验检疫局,夭津300191)摘耍：燃料电池是一•种将化学能通过化学反应立接转化成电能的装置，主要以氢气为燃料，氢气的燃烧性与爆炸性耍求燃料电池具有较高的安全性。所研究的质子交换膜燃料电池检测装置能够满足质子交换膜燃料电池安全性能检测要求，根据试验过程中可能出现的危险性，实现仪器的卿能控制。关键词：质子交换膜燃料电池；安全；检测技术中图分类号：TM911文献标识码：A文章编号：1002-087X(2011)12-1523-04燃料电池(Fuelcell)是一种将外部供应的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其他反应产物的发电装B［1］o作为一种无污染、效率高、低噪音的能源，燃料电池符合耒來工业发展趋势，可有效解决目前以燃烧方式产生动力所产生的资源减少及环境污染等问题，被认为是具有雨大发展前途的新型能源之/一。壯界各发达国家及各大公司纷纷投入巨资，开展燃料电池的开发研究，已取得令人瞩目的突破。燃料电池的基本工作原理是利川氢和氧经过催化过程直接产生电能，而排出的宝要是水和热【2］。燃料电池的种类较多，按使用的电解质不同主要冇质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体氧气物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)等。其中质子交换膜燃料电池因其因其环境友好、寿命长、运行温度低、比功率高、能量效率高、冷启动快、结构紧凑、易维护等优势［3］,被1比界乞大汽车生产商一•致看好。从目前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力电源［4］。PEMFC采用固体聚合物质子交换膜作为电解质，其性能受质子交换膜(PEM)的电导率的影响非常显著。目前商品化的质子交换膜主要是DuPont公司Nafion系列。其结构式为：——(CFCF,)——O(CF,CFL—(CF3.-<>,HCF,Nation膜用于PEMFC需耍水來保持质子的导电性，当Nafion膜被水所饱和时，对质子具有良好的传导能力。而当其中每个碱酸根结合的水分子少丁4时，质子交换膜儿乎无法导通质子。根据PEMFC的工作原理可知，水在氧电极生成，其反应式为：4H“+QT2HQ若进入电池的反应气不増湿，尤其在采用号的Nafion膜时，由于在氧电极侧生成的水向氢电极侧反扩散的不足，易造成氢电极侧质子交换膜失水变T。在大气量通过时，氧电极入口处的质子交换膜亦会被吹干，造成电池的内阻大幅度上升，甚至难以工作。因此，进入电池组的反应气必须进行增湿处理。国内目前的增湿方式一般采用外加湿方式，即使用加湿辅助系统，PEM的含水量直接山燃料气和氧或燃料气來控制。燃料电池主要是氢气为燃料，氢气的燃烧性与爆炸性要求燃料电池具有较高的安全性［5］,在质子交换膜燃料电池运行中，最大的安全隐患就是质子交换膜超压破裂造成氮气与空气混和，并且氮气体积分数超过4.1%时,遇到足够的点火能最会发生火灾或者•爆炸［6］°如何在保证电化学性能的询捉下提高安全性能,是毎一个负责任的燃料电池生产金业需要认真考虑的问题。山于燃料电池对人体及燃料电池外部环境可能造成的危害，对于燃料电池安全性能的检测，应该包括气体泄漏试验、正常'运行试验、允许工作压力试验、冷却系统的压力试验、窜气试验、介电强度试验、耐撞击和耐振动试验、压力差试验、气密性试验等。质子交换膜燃料电池检测装置(PEFFC)能够满足质子交换膜燃料电池安全性能检测要求，根据试验过程中可能出现的危险性，实现仪器的智能控制。1质子交换膜燃料电池检测装置(PEFFC)系统组成质子交换膜燃料电池检测装置(PEFFC)由供气系统、增湿系统、冷却系统、电控利测试软件四部分组成，系统的设计是为了质子交换膜燃料电池安全性能检测。1.1供气系统供气系统用于精确提供电堆运行反应所需要的气体。主要部件包括•：电磁阀、流量控制器、稳压阀、分水器、气体管路、管路阀件、管路接头、加热保温部分。1.2增湿系统增湿系统用丁•独立对电堆反应气体进行增湿，保证燃料电池稳定运行；主要部件为增湿水罐和控制系统。1.3冷却系统冷却系统用于控制电堆的运行温度,保证燃料电池稳定运行。冷却系统町采用风冷和水冷,可以根据电堆具体的工作耍求设计和配置。1.4电控和测...