一種aem電解槽電化學(xué)性能測試臺

技術(shù)領(lǐng)域

1.本實用新型涉及aem電解槽技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種aem電解槽電化學(xué)性能測試臺。

背景技術(shù)：

2.aem電解槽設(shè)計出來以后，需要有一套供電、電解水循環(huán)散熱、供水、排氫、電化學(xué)工作站等配套裝置對電解槽進行測試?，F(xiàn)在的測試裝置是把上述設(shè)備平鋪在試驗臺上，安裝和測試非常不方便。如果沒有氫氣壓力提升裝置，無法測試陰極側(cè)在3mpa下的電解水制氫能力，這與實際工作時的壓力狀態(tài)不符。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

3.針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，把電源、電化學(xué)工作站、氫氣壓力提升裝置、水泵、水箱、散熱器安裝起來，達(dá)到控制電壓電流進行大功率高壓力測試電解槽的目的，將單體電解槽或者幾片成組的電解槽安裝在平臺上，配以可調(diào)24v電源、直流穩(wěn)壓電源、電化學(xué)工作站和計量儀表，對測試過程進行記錄和監(jiān)控。

4.為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型技術(shù)方案如下：

5.一種aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，包括：操作臺、數(shù)字控制壓力表、流量計、去離子器，設(shè)置在操作臺上的電解槽、散熱器、水箱、氫氣壓力提升裝置、水泵；

6.所述水箱一端依次經(jīng)水泵、去離子器、散熱器后與電解槽的進水端連接；所述水箱另一端還與電解槽的出水端連接；

7.所述氫氣壓力提升裝置包括氫氣提升壓力閥塊、分別與氫氣提升壓力閥塊連通的過濾機構(gòu)和壓力安全閥；所述數(shù)字控制壓力表安裝在氫氣提升壓力閥塊上，可顯示氫氣提升壓力閥塊內(nèi)的壓力；

8.所述電解槽的出氫氣端與氫氣提升壓力閥塊連通后，氫氣一路經(jīng)過濾機構(gòu)過濾后進行氣體吹掃，另一路通過流量計測定后排出。

9.優(yōu)選的，所述aem電解槽電化學(xué)性能測試臺還包括直流穩(wěn)壓電源、24v電源、操作面板、電化學(xué)工作站；所述直流穩(wěn)壓電源、操作面板設(shè)置在操作臺上，所述電化學(xué)工作站設(shè)置在直流穩(wěn)壓電源上方；所述操作面板設(shè)置在操作臺前端，且置于直流穩(wěn)壓電源旁；所述24v電源設(shè)置在操作面板后面，用于給測試臺供電。

10.優(yōu)選的，所述操作面板上設(shè)有溫度表、水泵開關(guān)、散熱開關(guān)、進水管路接頭、氫氣出口接頭、氧氣出口接頭、24v電源開關(guān)、氫氣吹掃開關(guān)；所述24v電源對應(yīng)端分別與水泵開關(guān)、散熱開關(guān)、24v電源開關(guān)、氫氣吹掃開關(guān)對應(yīng)端電性連接；所述直流穩(wěn)壓電源對應(yīng)端與電解槽對應(yīng)端電性連接；

11.所述散熱開關(guān)對應(yīng)端還與散熱器的風(fēng)扇對應(yīng)端電性連接，用于控制散熱器的風(fēng)扇開啟或關(guān)閉；所述水泵開關(guān)對應(yīng)端與水泵對應(yīng)端電性連接，用于控制水泵的開啟或關(guān)閉。

12.優(yōu)選的，所述過濾機構(gòu)包括過濾器、與過濾器連接的氣體吹掃管、安裝在氣體吹掃管上的電磁閥；所述過濾器還與氫氣提升壓力閥塊連接，所述氫氣吹掃開關(guān)對應(yīng)端與電磁閥對應(yīng)端電性連接，用于控制電磁閥的開啟或關(guān)閉。

13.優(yōu)選的，所述氫氣提升壓力閥塊的另一路連接有排氣導(dǎo)管，所述流量計安裝在排氣導(dǎo)管上；所述排氣導(dǎo)管上還設(shè)有單向電磁閥，該排氣導(dǎo)管對應(yīng)與氫氣出口接頭連通。

14.優(yōu)選的，所述水箱的進水口連接有進水管，該進水管上安裝有進水電磁閥，該進水管還與進水管路接頭連通。

15.優(yōu)選的，所述水箱的頂部設(shè)有氣水分離機構(gòu)，該氣水分離機構(gòu)包括氣水分離器、氧氣手動閥(八字閥)、氧氣導(dǎo)管；所述氣水分離器一端與氧氣導(dǎo)管連通，另一端與水箱連通，所述氧氣導(dǎo)管上還設(shè)有氧氣手動閥；所述氧氣導(dǎo)管還與氧氣出口接頭連通；所述氧氣手動閥在工作前打開，工作結(jié)束后關(guān)閉。

16.優(yōu)選的，所述水箱與電解槽通過一路ptfe材質(zhì)的管子連通，該管子還與溫度表連接。

17.采用本實用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果：本實用新型把電源、電化學(xué)工作站、氫氣壓力提升裝置、水泵、水箱、散熱器安裝起來，達(dá)到控制電壓電流進行大功率高壓力測試電解槽的目的，將單體電解槽或者幾片成組的電解槽安裝在平臺上。配以24v電源、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電化學(xué)工作站和計量儀表，對測試過程進行記錄和監(jiān)控；氫氣提升壓力閥塊上所安裝的氫氣過濾器填充有氫氣過濾樹脂，可將氫氣中的水過濾出來，試驗結(jié)束時進行吹掃，與氫氣提升壓力閥塊相連接的壓力安全閥提升了制氫電解槽的氫氣壓力，從而提高了制氫效率。本技術(shù)結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)對單個電解槽或多個電解槽串聯(lián)的電解水制氫系統(tǒng)進行大功率測試，并通過電化學(xué)工作站對電解槽的交流阻抗進行測量。aem電解槽電化學(xué)性能測試臺用于測量自制和外來樣品如膜電極、催化劑、氣體擴散層、導(dǎo)流板等原材料在aem(陰離子交換膜)電解槽的應(yīng)用效果；直流穩(wěn)壓電源可為單片電解槽提供1.5～3v的直流電壓和0～60a的電流，測量電解槽的功率；電化學(xué)工作站用于測量單片電解槽的交流阻抗和電壓電流cv曲線。

附圖說明

18.圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖一；

19.圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖二；

20.圖3為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖三；

21.圖4為本實用新型操作面板結(jié)構(gòu)示意圖；

22.圖5為本實用新型測試臺工作流程圖；

23.圖6為本實用新型nyquist曲線測量交流阻抗示意圖。

具體實施方式

24.下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

25.在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

26.此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

27.在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

28.在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

29.參照圖1至圖6，本實用新型提供一種aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，包括：操作臺1、流量計5、數(shù)字控制壓力表6、氫氣提升壓力閥塊20、去離子器31，設(shè)置在操作臺1上的電解槽2、散熱器3、水箱4、氫氣壓力提升裝置、水泵30；所述水箱4一端依次經(jīng)水泵30、去離子器31、散熱器3后與電解槽2的進水端連接；所述水箱4另一端還與電解槽2的出水端連接；

30.所述氫氣壓力提升裝置包括氫氣提升壓力閥塊20、分別與氫氣提升壓力閥塊20連通的過濾機構(gòu)和壓力安全閥；所述數(shù)字控制壓力表6安裝在氫氣提升壓力閥塊20上，可顯示氫氣提升壓力閥塊20內(nèi)的壓力；所述電解槽2的出氫氣端與氫氣提升壓力閥塊20連通后，氫氣一路經(jīng)過濾機構(gòu)過濾后進行氣體吹掃，另一路通過流量計5測定后排出；所述電解槽2可設(shè)為單片電解槽或多片電解槽；所述散熱器3設(shè)置在水箱4后面；所述電解槽2置于水箱旁。

31.參照圖4，所述aem電解槽電化學(xué)性能測試臺還包括直流穩(wěn)壓電源7、24v電源、操作面板9、電化學(xué)工作站8；所述直流穩(wěn)壓電源7、操作面板9設(shè)置在操作臺1上，所述電化學(xué)工作站8設(shè)置在直流穩(wěn)壓電源7上方；所述操作面板9設(shè)置在操作臺1前端，且置于直流穩(wěn)壓電源7旁。所述直流穩(wěn)壓電源7能為單片電解槽提供1.5～3v的直流電壓和0～60a的電流，測量電解槽2的功率；所述電化學(xué)工作站8用于測量單片電解槽的交流阻抗和電壓電流cv曲線。所述24v電源設(shè)置在操作面板后面，用于給測試臺供電。所述操作面板9上設(shè)有溫度表901、水泵開關(guān)902、散熱開關(guān)903、進水管路接頭905、氫氣出口接頭906、氧氣出口接頭907、24v電源開關(guān)904、氫氣吹掃開關(guān)908；所述溫度表901設(shè)置在操作面板9一側(cè)，所述24v電源開關(guān)904和氫氣吹掃開關(guān)908設(shè)置在操作面板9另一端；所述散熱開關(guān)903和進水管路接頭905依次設(shè)置在操作面板9上端；所述進水管路接頭905、氫氣出口接頭906、氧氣出口接頭907依次設(shè)置在

操作面板9下端；所述24v電源對應(yīng)端分別與水泵開關(guān)902、散熱開關(guān)903、24v電源開關(guān)904、氫氣吹掃開關(guān)908電性連接；所述直流穩(wěn)壓電源7對應(yīng)端與電解槽2對應(yīng)端電性連接；所述散熱開關(guān)903對應(yīng)端還與散熱器3的風(fēng)扇對應(yīng)端電性連接，用于控制散熱器3的風(fēng)扇開啟或關(guān)閉；所述水泵開關(guān)902對應(yīng)端與水泵30對應(yīng)端電性連接，用于控制水泵30的開啟或關(guān)閉。

32.參照圖5，所述過濾機構(gòu)包括過濾器21、與過濾器21連接的氣體吹掃管、安裝在氣體吹掃管上的電磁閥22；所述過濾器21還與氫氣提升壓力閥塊20連接，所述氫氣吹掃開關(guān)908對應(yīng)端與電磁閥22對應(yīng)端電性連接，用于控制電磁閥22的開啟或關(guān)閉，所述過濾器21填充有氫氣過濾樹脂，可將氫氣中的水過濾出來，試驗結(jié)束時進行吹掃。所述氫氣提升壓力閥塊20的另一路連接有排氣導(dǎo)管，所述流量計5安裝在排氣導(dǎo)管上；所述排氣導(dǎo)管上還設(shè)有單向電磁閥56，該排氣導(dǎo)管對應(yīng)與氫氣出口接頭906連接。所述水箱4的進水口連接有進水管，該進水管上安裝有進水電磁閥44，該進水管還與進水管路接頭905連通。所述水箱4的頂部設(shè)有氣水分離機構(gòu)，該氣水分離機構(gòu)包括氣水分離器40、氧氣手動閥41、氧氣導(dǎo)管；所述氣水分離器40一端與氧氣導(dǎo)管連通，另一端與水箱4連通，所述氧氣導(dǎo)管上還設(shè)有氧氣手動閥41；所述氧氣導(dǎo)管還與氧氣出口接頭907連通；所述氧氣手動閥41在工作前打開，工作結(jié)束后關(guān)閉。所述水箱4與電解槽2通過一管子連通，該管子還與溫度表901連接，用于測量電解槽2出水溫度。電化學(xué)工作站8用于，測量單片電解槽的交流阻抗。如果電化學(xué)工作站8的最大工作電流比較大(例如≥60a)，可選擇cv測試方法測量單片電解槽在不同電壓下的電流數(shù)值曲線。本實施例中的氫氣管路必須與儲氫裝置連接或通過管路排出到室外。氧氣經(jīng)水箱2氧水分離器分離后，可通過管路排空或室內(nèi)直接排空。

33.本實施例中采用按鈕控制的水泵加電、散熱器加電、排氫電磁閥控制方式，但不限于手動操作，可在本案工作原理的基礎(chǔ)上增加控制電路板或plc裝置，實現(xiàn)對測試過程的自動控制，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析。

34.本實用新型工作原理如下：

35.(1)將鴨嘴夾所做的電源線夾在電解槽2正負(fù)取電板上，將循環(huán)水快速接頭插在電解槽2端板的進水出水介質(zhì)口上。將不銹鋼管路的法蘭盤接口與電解槽氫氣介質(zhì)口的法蘭盤接口對接，以蝶形螺母將螺栓擰緊，打開所有手動閥門。

36.(2)開始測量時，按下“24v電源開關(guān)904”使24v電源工作；按下“水泵開關(guān)902”，使質(zhì)量比0.2％的koh水溶液循環(huán)起來。打開直流穩(wěn)壓電源7的電源開關(guān)，將直流穩(wěn)壓電源7的電壓旋鈕反時針旋到底，此時看到電源為0v。按下直流穩(wěn)壓電源7的輸出按鍵，緩慢順時針旋轉(zhuǎn)電壓旋鈕，按照n

×

1.8v的標(biāo)準(zhǔn)(n為電解器片數(shù))調(diào)節(jié)輸出電壓。電解槽2加電壓10分鐘后可根據(jù)要求緩慢調(diào)節(jié)電壓旋鈕增大或減小輸出電壓，使電流達(dá)到所要求的數(shù)值。

37.(3)測試過程中多次測量記錄單體電解槽2的電壓，與標(biāo)準(zhǔn)電解槽進行比對，若電壓高于標(biāo)準(zhǔn)電解槽，說明新替換的原材料性能比標(biāo)準(zhǔn)電解槽差；若電壓低于標(biāo)準(zhǔn)電解槽，說明新替換的原材料性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)電解槽。這種測量方法可以在電解槽2中直觀測量和比較不同催化劑、不同膜電極在全電解槽中的性能，避免三電極測試杯測試時片面強調(diào)催化劑起峰電位、交流阻抗、電流密度、壽命、成本等單一參數(shù)。

38.(4)當(dāng)大功率長時間運行時，如果出水口水溫高于60℃，則按下“散熱開關(guān)903”，散熱器3風(fēng)扇啟動，將水溫降低。水溫低于50℃時，斷開“散熱開關(guān)903”。

39.(5)結(jié)束試驗時，將電壓旋鈕反時針旋轉(zhuǎn)到底，斷開直流穩(wěn)壓電源7輸出按鈕，此時

直流穩(wěn)壓電源7顯示的是電解槽2殘余電壓(原理如氫燃料電池)。等待1分鐘后，多次間隙點動“氫氣吹掃開關(guān)908”按鈕，以釋放電解槽2氫氣壓力和吹掃氫氣過濾器21中所濾出的水分。待氫氣沒有壓力后，斷開“水泵開關(guān)902”、斷開“24v電源開關(guān)904”，斷開直流穩(wěn)壓電源7和電化學(xué)工作站8的電源開關(guān)，關(guān)閉所有手動閥門。

40.(6)電化學(xué)性能測試：采用電化學(xué)工作站的阻抗譜(eis)測試方法，將工作電極接到電解水制氫設(shè)備陽極，參比電極和對電極接到陰極。1.26v電壓下掃描從0.01hz到105hz，測量電解槽2工作電極在開路狀態(tài)下的nyquist曲線，掃描所得阻抗譜模擬圖，阻抗譜高頻區(qū)與x軸交點數(shù)值對應(yīng)為電解水制氫過程中工作電極之間的交流阻抗。阻抗測試結(jié)果如圖6所示，eis1213-1曲線與x軸交點所代表的單片電解槽交流阻抗為0.163ωcm2，eis1213-2曲線與x軸交點所代表的交流阻抗為0.316ωcm2。

41.以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是在本實用新型的實用新型構(gòu)思下，利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，包括：操作臺、數(shù)字控制壓力表、流量計、去離子器，設(shè)置在操作臺上的電解槽、散熱器、水箱、氫氣壓力提升裝置、水泵；所述水箱一端依次經(jīng)水泵、去離子器、散熱器后與電解槽的進水端連接；所述水箱另一端還與電解槽的出水端連接；所述氫氣壓力提升裝置包括氫氣提升壓力閥塊、分別與氫氣提升壓力閥塊連通的過濾機構(gòu)和壓力安全閥；所述數(shù)字控制壓力表安裝在氫氣提升壓力閥塊上，用于顯示氫氣提升壓力閥塊內(nèi)的壓力；所述電解槽的出氫氣端與氫氣提升壓力閥塊連通后，氫氣一路經(jīng)過濾機構(gòu)過濾后進行氣體吹掃，另一路通過流量計測定后排出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述aem電解槽電化學(xué)性能測試臺還包括直流穩(wěn)壓電源、24v電源、操作面板、電化學(xué)工作站；所述直流穩(wěn)壓電源、操作面板設(shè)置在操作臺上，所述電化學(xué)工作站設(shè)置在直流穩(wěn)壓電源上方；所述操作面板設(shè)置在操作臺前端，且置于直流穩(wěn)壓電源旁；所述24v電源設(shè)置在操作面板后面，用于給測試臺供電。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述操作面板上設(shè)有溫度表、水泵開關(guān)、散熱開關(guān)、進水管路接頭、氫氣出口接頭、氧氣出口接頭、24v電源開關(guān)、氫氣吹掃開關(guān)；所述24v電源對應(yīng)端分別與水泵開關(guān)、散熱開關(guān)、24v電源開關(guān)、氫氣吹掃開關(guān)對應(yīng)端電性連接；所述直流穩(wěn)壓電源對應(yīng)端與電解槽對應(yīng)端電性連接；所述散熱開關(guān)對應(yīng)端還與散熱器的風(fēng)扇對應(yīng)端電性連接，用于控制散熱器的風(fēng)扇開啟或關(guān)閉；所述水泵開關(guān)對應(yīng)端與水泵對應(yīng)端電性連接，用于控制水泵的開啟或關(guān)閉。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述過濾機構(gòu)包括過濾器、與過濾器連接的氣體吹掃管、安裝在氣體吹掃管上的電磁閥；所述過濾器還與氫氣提升壓力閥塊連接，所述氫氣吹掃開關(guān)對應(yīng)端與電磁閥對應(yīng)端電性連接，用于控制電磁閥的開啟或關(guān)閉。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述氫氣提升壓力閥塊的另一路連接有排氣導(dǎo)管，所述流量計安裝在排氣導(dǎo)管上；所述排氣導(dǎo)管上還設(shè)有單向電磁閥，該排氣導(dǎo)管對應(yīng)與氫氣出口接頭連通。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述水箱的進水口連接有進水管，該進水管上安裝有進水電磁閥，該進水管還與進水管路接頭連通。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述水箱的頂部設(shè)有氣水分離機構(gòu)，該氣水分離機構(gòu)包括氣水分離器、氧氣手動閥、氧氣導(dǎo)管；所述氣水分離器一端與氧氣導(dǎo)管連通，另一端與水箱連通，所述氧氣導(dǎo)管上還設(shè)有氧氣手動閥；所述氧氣導(dǎo)管還與氧氣出口接頭連通。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的aem電解槽電化學(xué)性能測試臺，其特征在于，所述水箱與電解槽通過一管子連通，該管子還與溫度表連接。

技術(shù)總結(jié)

本實用新型公開一種AEM電解槽電化學(xué)性能測試臺，包括：操作臺、數(shù)字控制壓力表、流量計、去離子器，設(shè)置在操作臺上的電解槽、散熱器、水箱、氫氣壓力提升裝置、水泵；所述水箱一端依次經(jīng)水泵、去離子器、散熱器后與電解槽的進水端連接；所述水箱另一端還與電解槽的出水端連接；所述氫氣壓力提升裝置包括氫氣提升壓力閥塊、分別與氫氣提升壓力閥塊連通的過濾機構(gòu)和壓力安全閥。本實用新型氫氣提升壓力閥塊上所安裝的氫氣過濾器填充有氫氣過濾樹脂，可將氫氣中的水過濾出來，試驗結(jié)束時進行吹掃，與氫氣提升壓力閥塊相連接的壓力安全閥提升了制氫電解槽的氫氣壓力，從而提高了制氫效率。從而提高了制氫效率。從而提高了制氫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：焦煒 楊裔晟 文波濤 賈力 李思淼 安永昕 曹炬

受保護的技術(shù)使用者：深圳穩(wěn)石氫能科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.12.23

技術(shù)公布日：2023/4/20