專利名稱：測量質子交換膜的電滲傳遞系數的方法和用于實現這種方法的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量質子交換膜的電滲傳遞系數的方法，以及一種實現這種方法的設備。
背景技術：
質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種通過分子氫(dihydrogen)和分子氧(dioxygen)的重組形成水使化學能轉化成電能和熱的設備。因為在運行時不排放CO2，所以這些燃料電池引起越來越多的興趣。在質子交換膜燃料電池中，質子交換膜必須將燃料電池的電極彼此分開，防止電子從一個電極流向另一個電極并且實現在陽極氧化期間所生成的質子傳遞到陰極。然而，質子導電模式和質子的遷移性強烈地依賴于膜中水的數量。在平衡時，在給定的條件下，該膜中水的數量取決于氣體的溫度和相對濕度。此夕卜，膜中水的數量不均勻。事實上，膜受制于由兩種通量之間的競爭所引起的水量梯度-從陽極到陰極的電滲通量，其由當質子穿過膜時其易于隨其拖帶水分子這一事實所解釋，-從陰極到陽極的反向擴散通量，其主要由在陰極產生的水和由電滲通量拖帶到該電極的水的積累誘發該擴散通量這一事實所解釋。膜的厚度中水的數量的這種不均勻分布限制了燃料電池的性能及其壽命。為了提高燃料電池的性能和壽命，優化該水分布是必要的，這要求對所有與膜中水的傳遞關聯的現象有較好的了解。更具體地，能夠單獨地研究電滲和反向擴散現象以便能夠單獨地對其進行量化是必要的。為此，在不知道水濃度梯度的情況下，知道電滲傳遞系數K是特別必要的，該電滲傳遞系數被定義為是被跨質子膜拖帶的水分子的平均數量。現有技術知曉用于確定該電滲傳遞系數的各種方法。因此，由M.1se 等所著題為 “Electro-osmotic drag in polymer electrolytemembranes an electrophoretic NMR study” (Solid State Ionics 125(1999)213-223)的出版物提出了通過對置于兩個電極之間的膜的疊層中應用電勢差以便電流流過該膜的疊層來計算電滲傳遞系數。該組件被置于包含給定數量的水的NMR管中。然而，由于NMR管中水的數量不是精確已知的而是通過做出許多粗略的假設估計得出的，所以這些電滲系數的計算是不準確的。因此，由于測量在這樣環境的疊層外進行，該環境與膜將處于當其在運行中的燃料電池中時所處的環境不同，所以確定該電滲傳遞系數的方法實現起來是復雜的并且是不可靠的。此外，該方法要求在彼此膜的頂部堆疊若干膜并且膜間界面的存在干擾測量。此夕卜，疊層中所測量的水的數量不是均勻的以致所測量的電滲傳遞系數是平均系數而不是對于給定數量的水的系數。此外，由Luo 等所著題為 “Electro-osmotic drag coefficient and protonconductivity in Nafion membrane for PEMFC，，的文獻(International Journal ofHydrogen Energy(2009) 1-5)描述了質子泵的使用，該質子泵使得能夠在位于包含液態水的兩個隔間之間的質子交換膜的平面中建立質子通量。進入膜平面的質子通量然后拖帶進入膜平面的水通量。該文檔的作者然后通過測量兩個毛細管之間的水位差來測量水通量，每個毛細管置于包含液態水的隔間中的一個之中。然而，因為未知的水量梯度存在于膜的厚度中、每個隔間中以及還存在于每個隔間之間的膜的平面中，所以該文獻中所使用的測量方法是不精確的。此外，該測量方法中所使用的條件(尤其是電流)非常不同于運行中的燃料電池中存在的條件，這導致測量的不準確。此外，現有技術的測量方法不保證所計算的電滲傳遞系數代表膜中的電滲通量并且不受反向擴散現象影響。
發明內容
本發明的目的是通過提出一種比現有技術的方法更加可靠的確定燃料電池的質子交換膜中的電滲傳遞系數的方法來彌補現有技術的缺點。本發明的另一個目的是提出一種在真實條件或者接近真實條件的條件下測量質子交換膜中的電滲傳遞系數的方法。本發明的另一個目的是提出一種可以直接在燃料電池中實現而不必拆卸該燃料電池的確定質子交換膜中的電滲傳遞系數的方法。本發明的另一個目的是提出一種簡單、快速和準確的確定質子交換膜中的電滲傳遞系數的方法。本發明的另一個目的是提出一種確定僅代表電滲現象的電滲傳遞系數的方法。本發明的另一個目的是提出一種實現根據本發明的方法的設備。為此，本發明的第一方面涉及一種確定質子交換膜的電滲傳遞系數的方法，該膜被置于第一隔間和第二隔間之間，該第一和第二隔間各自在膜的一側延伸，該第一和第二隔間各自呈現入口和出口，第一隔間的入口面朝第二隔間的出口設置，反之亦然，該方法包括下列步驟-(I)在每個隔間中建立水化氣體通量，第一隔間中的水化氣體通量是水化氫氣通量，每個隔間中的水化氣體通量從入口被引導到出口，控制每個隔間中的水化氣體通量以便在連續運行中隔間中的至少一個隔間的入口中的相對濕度等于隔間中的另一個隔間的出口中的相對濕度；-⑵建立朝第二隔間的方向流過第一隔間的膜的質子電流，-(3)通過在第二隔間的出口處使用至少一個對水量的測量來確定在連續運行中從第一隔間穿過膜朝第二隔間的方向的總的水通量，-(4)從總的水通量計算電滲傳遞系數。在整個本文中，電滲傳遞系數被定義為在沒有膜中水濃度梯度的情況下被拖帶穿過質子膜的水分子的平均數量。電滲傳遞系數也稱為電滲系數。“水化氣體”被理解為指代包括氣體分子(例如分子氫或分子氧)和水分子的流體。
“水化氫氣”被理解為指代包括H2和H2O分子的流體。為了獲得該水化氫氣通量(其是氫氣和水分子的混合物)，一種方法例如可以在給定的露點溫度將氣態氫傳遞進包含液態水的封閉空間中。用以獲得該水化氫氣通量的另一種方法是以給定的流速混合水蒸氣通量和干氣體通量。介質的相對濕度(一般標注為0或RH)對應于包含在該介質中的水蒸氣分壓與在相同溫度的飽和蒸氣壓(或蒸汽壓力)的比值。介質的相對濕度因此是在這些條件下介質的含水量與其最大含水容量之間的比值的測量。在膜的任一側發送以彼此相反的方向沿膜傳遞的水化氣體通量以及在每個隔間的入口中控制這些水化氣體通量以便隔間中的至少一個隔間的入口處的相對濕度等于另一個隔間的出口處的相對濕度的動作，確保了相對濕度在膜的任一側幾乎不發生變化。因此，控制水化氣體通量使得能夠在膜的任一側具有均勻的水分布，這盡可能地限制了反向擴散現象。因此，通過使用根據本發明的方法所獲得的電滲傳遞系數真正代表了電滲現象。根據本發明的方法因此使得能夠以簡單且準確的方式計算電滲傳遞系數。此外，根據本發明的方法是特別有利的，因為其可以直接在燃料電池中實現，其中，不是將氫氣通量送進隔間中的一個隔間并且將氧氣通量送進另一個隔間，水化氫氣通量被送進第一隔間并且水化氣體通量被送進第二隔間。第二隔間中的水化氣體通量朝著與第一隔間中的水化氫氣通量相反的方向穿過膜。此外，通過測量相對濕度來確定穿過膜的總水通量是準確的并且實現起來是簡單的而且可以通過使用市場上可售的裝置直接在燃料電池的出口處執行。根據本發明的方法還可以呈現以下一個或多個特征，該特征被單獨地或者根據所有技術上可能的組合考慮。有利地，第二隔間中的水化氣體通量也是水化氫氣通量。有利地，膜沿縱向方向延伸并且第一和第二隔間在膜的任一側沿縱向方向延伸。有利地，還控制每個隔間中的水化氣體通量以便在連續運行中相對濕度在每個隔間的入口和出口之間基本上保持相同。優選地控制在膜的任一側的水化氣體通量以便-當選取位于膜的任一側的兩點時，該兩點屬于相同的橫向平面，這兩點之間的相對濕度在這兩點之間變化不超過百分之五；-當沿縱向方向在一個隔間中移動時，該隔間中的相對濕度在入口和出口之間變化不超過5%。“橫向方向”被理解為指代與縱向方向垂直的方向。有利地，控制水化氣體通量以便當置于橫向平面時在膜的任一側相對濕度在所有點是相等的。有利地，控制每個隔間中的水化氣體通量以便在連續運行中相對濕度在每個隔間的入口和出口之間基本上保持相同。為了確保當在隔間的入口和出口之間移動時相對濕度是均勻的，水化氣體的流速優選地由穿過膜的質子電流的強度控制，以便穿過膜的質子通量(并且因此水通量)與穿過在膜的任一側的每個隔間的水化氣體通量(并且因此水通量)相比是不顯著的。該方法使得當在隔間中的一個隔間沿縱向方向移動時在相對濕度中能夠具有不顯著的變化。因此，控制水化氫氣通量以便其與穿過膜的質子通量和水通量相比較是非常顯著的。有利地，穿過每個隔間的水化氣體通量比穿過膜的質子通量大優選地介于10倍和2000倍之間。水化氣體通量比穿過膜的質子通量大優選地介于50和1500倍之間，并且優選地基本上等于穿過膜的質子通量的1000倍。第二隔間的出口處的水量的測量可以是-第二隔間的出口處的相對濕度的測量；-第二隔間的出口處的水重的測量。此外，為了確保位于膜的任一側的兩點呈現基本上相同的相對濕度，可以使用兩種方法。根據第一種方法，步驟(I)包括下列步驟-將單一水化氫氣通量發送到隔間中的一個隔間的入口以便該單一氫氣通量穿過該隔間，-在該隔間的出口處重獲單一水化氫氣通量，-將重獲的單一水化氫氣通量發送到隔間中的另一個隔間的入口。因此，第一種方法包括通過制造環路將隔間中的一個隔間的出口連接到另一個隔間的入口。這樣，隔間中的一個隔間的入口處的相對濕度總是等于隔間中的另一個隔間的出口處的相對濕度，并且膜中的質子電流要么為零要么為非零。事實上，當在膜中建立質子電流時，質子易于隨其拖帶水分子。因此，來自第一隔間的分子易于被拖帶進第二隔間。在這種情況下，由于隔間中的一個隔間的出口連接到隔間中的另一個隔間的入口，所以已經從第一隔間拖帶到第二隔間的水分子通過環路返回到第一隔間，這使得在兩個隔間之間能夠具有均勻的水分布。因此，膜中不存在梯度并且因此沒有反向擴散。根據該實施例，水化氣體通量在兩個隔間中是水化氫氣通量。有利地，第二隔間的出口流體連接到第一隔間的入口。根據第二種方法，步驟(I)包括下列同時發生的步驟-將水化氫氣通量發送到第一隔間的入口以便第一隔間的入口處的相對濕度等于第二隔間的出口處的相對濕度；-將水化氣體通量發送到第二隔間的入口以便第二隔間的入口處的相對濕度等于第一隔間的出口處的相對濕度。因此，第二種方法包括測量每個隔間的出口處的相對濕度以及將每個隔間的入口處的水化氣體通量穩定在另一個隔間的出口處的相對濕度。根據該實施例，進入每個隔間的水化氣體通量來自兩個不同的來源，但是其在每個隔間的入口處產生的相對濕度是相同的。因此，膜的任一側的相對濕度是相同的，這防止了反向擴散現象。然而，該方法比先前的方法更復雜。根據優選的實施例，確定穿過膜的總水通量的步驟(3)包括下列步驟-計算發送到隔間中的一個隔間的入口的水通量，-測量該隔間的出口處的相對濕度，-計算該隔間的出口處的水通量，
-通過計算該隔間的入口處和出口處的水通量之間的差來計算已經穿過膜的總水通量。事實上，通過對隔間的入口處的水通量(其是已知的)與該相同隔間的出口處的水通量(其等于入口處的水通量，穿過膜的水被添加到該入口(或者被去除))之間進行區另IJ，獲得了穿過膜的水通量。有利地，隔間的出口處的水通量根據該隔間的出口處的相對濕度的測量計算。隔間的出口處的水通量還可以根據該隔間的出口處的水的重量或者水的體積的測量計算。有利地，隔間的入口處的水通量從以下計算得出-被發送到該隔間的入口的水化氣體的流速的測量，以及-已知的氫氣的相對濕度；-總的氣壓；-氣體的飽和蒸汽壓力，其取決于氣體的溫度。根據本發明的方法的第一實施例，在步驟(4)期間，優選地使總水通量與電滲通量相似。事實上，作為第一近似，由于膜的任一側的相對濕度之間的差已經盡可能地被限制，所以可以被視為不存在跨膜的反向擴散并且因此電滲通量基本上等于總水通量。通過考慮到電滲通量等于總水通量，然后計算得出電滲傳遞系數。本發明的該實施例呈現了實現起來非常簡單并且也相對精確的優點，這是因為在現實中，反向擴散通量與電滲通量相比實際上是非常低的。根據本發明的方法的另一個優選的實施例，步驟(4)包括下列步驟-(5)計算從第二隔間穿過膜到第一隔間的反向擴散通量的步驟；-(6)從總水通量與反向擴散水通量的和計算電滲通量的步驟。因此，本發明的該第二實施例包括估計反向擴散通量的步驟，該步驟使得能夠具有有關電滲傳遞系數的更精確的結果。事實上，即使反向擴散通量是非常低的，但是對其進行估計以具有更精確的結果可能是必要的。計算反向擴散通量的步驟(5)優選地包括下列步驟-停止流過膜的質子電流；-記錄作為時間的函數的代表第二隔間的出口處的相對濕度的變化的曲線；-計算作為時間的函數的代表第二隔間的出口處的水通量的變化的曲線；-通過作為時間的函數的代表第二隔間的出口處的水通量的變化的曲線的插值計
算反向擴散通量。事實上，作為時間的函數的第二隔間的出口處的相對濕度的變化的曲線和作為時間的函數的第二隔間的出口處的水通量的變化的曲線在倍加系數內(multiplyingfactor)是相等的。通過插值計算反向擴散通量的步驟優選地包括下列步驟-搜索與作為時間的函數的代表第二隔間的出口處的水通量的曲線最相似的具有的形式的函數，其中與總水通量相關的第一項A1，其中時間常數是T1,
以及與由于反向擴散所致的水梯度的弛豫相關的具有12的第二項入2;
-將反向擴散通量標識成與相對于T:較高的時間常數T 2相關的系數入2。事實上，可以由從水化氣體通量被削減的時候回到相對濕度的平衡的速率來估計反向擴散通量。事實上，一旦停止電流，電滲通量以低特征時間T工非常快速地停止而膜中的水梯度則花費較長時間通過擴散來弛豫，這意味著反向擴散通量花費較長時間以高特征時間T2消失。因此，一旦停止電流，相對濕度隨時間的變化以及因此第二隔間的出口處的水通量的變化可以由兩個一階指數來表示，每個指數由幅度和特征時間來定義，其中幅度代表總通量或反向擴散通量以及特征時間代表在停止膜中的電流之后總通量和反向擴散通量的弛豫時間。通過對相對濕度的返回至平衡曲線的插值，因而可以計算出在連續運行中對應于幅度入2的反向擴散通量。電滲通量則等于被增加反向擴散通量的總水通量。電滲傳遞系數則僅從電滲通量計算。有利地,根據本發明的方法還包括通過由阻抗譜(impedance spectroscopy)測量“第一隔間-第二隔間-膜”組件的電阻來驗證膜中的水量在測量期間不發生變化的步驟。通過當需要非常精確的測量的時候考慮反向擴散，通過控制膜中的水量，通過進行電滲傳遞系數的快速測量，根據本發明的方法因此使得能夠在真實條件下測量電滲系數。此外，根據本發明的方法使得如果需要的話能夠研究尤其作為溫度、膜中的水量或者電流密度的函數的電滲傳遞系數的變化，因為根據本發明的方法使得能夠通過改變諸如膜的溫度、膜中的水量或者電流密度等參數在真實條件下進行若干種測量。本發明還涉及用于通過使用根據前述權利要求中的任一權利要求的方法來確定質子交換膜的電滲傳遞系數的設備，該設備包括下列元件-第一和第二隔間(2，3)，在膜(I)的任一側延伸，第一和第二隔間每個包括入口(10，11)和出口(12，13)，第一隔間(2)的入口(10)與第二隔間(3)的出口(13)相對設置，反之亦然，-至少一個水化氣體源(8，20，27)，能夠將水化氫氣通量發送到第一隔間(2)的入口(10)以及將水化氣體通量發送到第二隔間(3)的入口(11)，-電源(16)，能夠建立從第一隔間⑵跨膜到第二隔間(3)⑴的質子電流，-用于測量第二隔間的出口處的水量的裝置(22)，-用于測量和控制第二隔間的入口處的水化氣體源的流速(19，26)的裝置，-計算機，能夠實現根據本發明的實施例中的任一實施例的方法的步驟。根據本發明的設備還可以呈現以下一個或多個特征，該特征被單獨地或者根據所有技術上可能的組合考慮。有利地，根據本發明的設備還包括環路系統，該環路系統將第二隔間的出口連接到第一隔間的入口。有利地，第一隔間包括靠膜放置的陽極和靠陽極放置的通道，水化氣體通量可以流進其中。有利地，第二隔間包括靠膜放置的陰極和靠陰極放置的通道，水化氣體通量可以流進其中。
有利地，用于測量相對濕度的裝置能夠以+/-0.1%的精度和以小于I秒的時間分辨率測量相對濕度。該種類型的傳感器是可商業上獲得的。根據另一個實施例，相對濕度還可以通過測量介質中的超聲波傳播速度計算得出，在該介質中希望知道相對濕度。這使必要的準確性和時間分辨率成為可能。有利地，膜沿縱向方向延伸。
本發明的其它特征和優點將在參照附圖閱讀下面的描述后顯現，其示出了 圖1是實現根據本發明的方法的燃料電池的橫截面示意圖，圖2是實現根據本發明的方法的設備的橫截面示意圖，圖3是實現根據本發明的第一實施例的方法的設備的橫截面示意圖，圖4是實現根據本發明的第二實施例的方法的設備的橫截面示意圖，圖5是表示相對濕度的變化作為時間的函數的曲線，使得能夠從前述附圖中的任一附圖估計膜中的反向擴散通量，圖6是表示通過根據本發明的方法所獲得的用于電滲傳遞系數的結果作為電池的相對濕度的函數的曲線，圖7是表示通過根據本發明的方法所獲得的用于電滲傳遞系數的結果作為膜中的水量的函數的曲線，圖8是根據本發明的方法的步驟，圖9是實現根據本發明的方法的另一個設備的頂視圖，圖10是來自圖9的設備的橫截面圖。出于更加清晰的目的，相同的或相似的元件在所有附圖上由相同的附圖標記標出。
具體實施例方式圖1表示實現根據本發明的方法的單一燃料電池。圖2表示實現根據本發明的方法的設備。在圖1的情況下，如同在圖2的情況下，希望測量質子交換膜I的電滲傳遞系數K。為此，膜I置于第一隔間2和第二隔間3之間。第一隔間2包括第一通道4和陽極5，其中化學種類可以在該第一通道4中循環。第二隔間3包括第二通道7和陰極6，其中化學種類可以在該第二通道7中循環。膜沿縱向方向9延伸。第一和第二通道各自沿縱向方向9在膜的任一側延伸。第一通道4和第二通道7各自包括入口(分別為10、11)和出口(分別為12、13)。每個通道的入口位于膜的一端的水平面并且每個通道的出口位于膜的另一端的水平面。第一通道的入口 10與第二通道的出口 13相對設置并且第二通道的入口 11與第一通道的出口 12相對設置。使得能夠實現根據本發明的方法的設備還包括至少一個能夠發送水化氫氣通量的水化氫氣源8，在每個通道中控制其流速。因此，由于通道沿著膜設置，第一通道4中的水化氫氣通量14以與穿過第二通道7的水化氫氣通量15相對的方向沿膜通過。使得能夠實現根據本發明的方法的設備還包括電源16，該電源16將陽極5連接到陰極6并且在陽極和陰極之間建立電流，該電流導致膜I中的質子電流H+的重建。該質子電流以第二隔間的方向從第一隔間穿過膜。還可以考慮反轉電流并且在這種情況下，陽極將變成陰極，反之亦然。穿過膜的質子H+隨其拖帶水分子，這產生從第一隔間到第二隔間的電滲通量17。為了更好地理解膜的行為，能夠單獨研究電滲現象和反向擴散現象是有利的。為此，對電滲傳遞系數的了解是必要的。電滲傳遞系數K由下式給出
權利要求
1.一種確定質子交換膜(I)的電滲傳遞系數(K)的方法，所述膜(I)被置于第一隔間 (2)和第二隔間(3)之間，所述第一和第二隔間(2，3)各自在所述膜(I)的一側延伸，所述第一和第二隔間各自呈現入口(10，11)和出口(12，13)，所述第一隔間⑵的所述入口 (10)面朝所述第二隔間(3)的所述出口(13)設置，反之亦然，所述方法包括下列步驟-(i)在每個所述隔間(2，3)中建立水化氣體通量(14，15)，所述第一隔間中的所述水化氣體通量是水化氫氣通量，每個所述隔間中的所述水化氣體通量從所述入口被引導到所述出口，控制每個所述隔間中的所述水化氣體通量以便在連續運行中所述隔間中的至少一個隔間的所述入口中的相對濕度等于所述隔間中的另一個隔間的所述出口中的相對濕度；-( )建立朝所述第二隔間(3)的方向流過所述第一隔間(2)的所述膜(I)的質子電流，-(iii)通過對所述第二隔間的所述出口處的水量使用至少一個測量來確定在連續運行中朝所述第二隔間⑶的方向從所述第一隔間⑵穿過所述膜⑴的總水通量Qtrtal),-(iv)從所述總水通量((Ktrtal)計算所述電滲傳遞系數(K)。
2.根據前一權利要求所述的方法，其特征在于還控制每個所述隔間中的所述水化氣體通量以便在連續運行中所述相對濕度在每個隔間的所述入口和所述出口之間基本上保持相同。
3.根據前一權利要求所述的方法，其特征在于穿過每個所述隔間的所述水化氣體通量 (14,15)比穿過所述膜(I)的質子和水通量大10倍到2000倍之間，所述水化氣體通量優選地基本上等于穿過所述膜(I)的所述質子通量的1000倍。
4.根據前述權利要求中的任何一項所述的確定方法，其特征在于所述步驟(i)包括下列步驟-在所述隔間(3)中的一個隔間的所述入口(11)處發送單一水化氫氣通量以便該單一氫氣通量穿過該隔間，-在該隔間的所述出口(13)處重獲所述單一水化氫氣通量，-將重獲的所述單一水化氫氣通量發送到所述隔間(2)中的另一個隔間的所述入口 (10)。
5.根據前一權利要求所述的方法，其特征在于所述第二隔間的所述出口處的所述水量的測量是所述第二隔間的所述出口處的所述相對濕度的測量。
6.根據權利要求1至3中的任何一項所述的確定方法，其特征在于所述步驟(i)包括下述同時發生的步驟-將水化氫氣通量發送到所述第一隔間(2)的所述入口(10)以便所述第一隔間的所述入口處的所述相對濕度(fm廣)等于所述第二隔間的所述出口處的所述相對濕度 (Hd-將水化氣體通量發送到所述第二隔間的所述入口以便所述第二隔間的所述入口處的所述相對濕度>等于所述第一隔間的所述出口處的所述相對濕度.(HRtrne )。
7.根據前一權利要求所述的方法，其特征在于所述第二隔間的所述出口處的所述水量的測量是所述第二隔間的所述出口處的所述水的重量的測量。
8.根據前述權利要求中的任何一項所述的確定方法，其特征在于所述步驟(iii)包括下列步驟-計算所述隔間中的一個隔間的所述入口處發送的所述水通量
9.根據權利要求1至8中的任何一項所述的確定方法，其特征在于，在所述步驟(iv) 期間，所述總水通量(0t()tal)被稱為電滲通量(Φelectroosmose)
10.根據權利要求1至8中的任何一項所述的確定方法，其特征在于所述步驟(iv)包括下列步驟-(V)計算從所述第二隔間(3)穿過所述膜(I)到所述第一隔間(2)的所述反向擴散通量(Φretrodiffusion)的步驟；-(Vi)從所述總水通量與所述反向擴散水通量的和=辦 total+ 辦 retrodiffusion)計算所述電滲通量(ΦεIectroosmose)的步驟。
11.根據前一權利要求所述的確定方法，其特征在于所述步驟(V)包括下列步驟-停止流過所述膜的所述質子電流；-記錄代表作為時間的函數的所述第二隔間的所述出口處的相對濕度的變化的曲線
12.根據前一權利要求所述的確定方法，其特征在于通過插值計算所述反向擴散通量的步驟包括下列步驟-搜索與代表作為時間的函數的所述第二隔間的所述出口處的水通量的所述變化的所述曲線最相似的形式為
13.一種用于通過采用根據前述權利要求中的任何一項所述的方法確定質子交換膜的所述電滲傳遞系數的設備，其特征在于所述設備包括下列元件-第一和第二隔間(2，3)，在所述膜(I)的任一側延伸，所述第一和第二隔間各自包括入口(10，11)和出口(12，13)，所述第一隔間(2)的所述入口(10)與所述第二隔間(3)的所述出口(13)相對設置，反之亦然，-至少一個水化氣體源(8，21，28)，能夠將水化氫氣通量發送到所述第一隔間(2)的所述入口(10)以及將水化氣體通量發送到所述第二隔間(3)的所述入口(11)，-電源(16)，能夠建立從所述第一隔間(2)跨所述膜(I)到所述第二隔間(3)的質子電流，-用于測量所述第二隔間的所述出口處的所述水量的裝置(23)，-用于測量和控制所述第二隔間的所述入口處的所述水化氣體源的流速(19，26)的裝置，-計算機，能夠實現根據前述權利要求中的任何一項所述的方法的所述步驟。
14.根據前一權利要求所述的設備，其特征在于所述設備還包括將所述第二隔間的所述出口連接到所述第一隔間的所述入口的環路系統(38)。
15.根據權利要求13或14中的任何一項所述的設備，其特征在于所述膜沿縱向方向延
全文摘要
本發明涉及一種確定質子交換膜(1)的電滲傳遞系數(K)的方法，該方法比現有技術的方法更加可靠和更加準確，并更加易于實現且在更具有代表性的條件下。為此，該方法包括在膜(1)的任一側生成水化氫氣流，該膜被永久性地控制以便在膜的每一側的任何點相對濕度是幾乎相同的，從而使最小化進入膜內的任何反向擴散成為可能。此外，根據本發明的方法優選地包括從關斷電流的時刻開始返回到相對濕度的平衡的速率來估計進入膜內的反向擴散通量的步驟。
文檔編號G01N13/04GK103026200SQ201180033971
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月7日 優先權日2010年7月8日
發明者彭哲, A·莫蘭 申請人:法國原子能及替代能源委員會