技术摘要：
本发明涉及一种模拟燃料电池原位测试的立式电化学测量池及测试方法，该立式电化学池包括电解池本体、电解池盖、夹装组件、密封组件和加压组件，电解池盖上开设测试窗口、电解池气体逸散出口和电解液添加预留口，电解池本体中设有参比电极、对电极和还原气体导管，夹装  全部
背景技术：
在当今世界能源格局深度调整、全球应对气候变化行动加速、资源环境约束不断 加强的复杂背景下，氢能已经被认为是世界能源与动力转型的重大战略方向之一，备受世 界各国关注。氢能的应用途径多种多样，包括燃料电池、燃气轮机、氢气内燃机、普通燃烧等 多种方式。燃料电池是目前氢能应用的最重要方式之一，由于不需要经过热机的卡诺循环， 相对于内燃机具有更高的潜在效率，同时不存在因氢气燃烧产生的氮氧化物排放，是氢能 利用的最理想方式。燃料电池正处在商业化应用的初期阶段，面临着寿命不足、成本偏高等 问题，亟需对其内部的双极版、膜电极等关键部件进行进一步的研究，提高相关部件的寿 命，减少内部贵金属用量，因此需要对双极板、膜电极进行精细化设计，并进行大量的测试 与验证实验。在测试实验中，有原位实验与离位实验两种，原位实验是指将部件放在真实的 燃料电池中进行相关的测试，耗时较长、成本较高、干扰因素较多，为了更快速的测量关键 部件的某些性能，可以进行离位测试，在电化学方面通常使用电化学测量池，可以方便、快 捷、成本低廉地对关键部件的样品进行电化学实验，以表征相关的性能。 经过对现有技术的文献检索发现，目前的电化学测试的研究集中在通用材料与部 件的电化学腐蚀测量，以表征普通样品的电化学性能。 中国专利CN105758906A：一种电化学测试装置公开了一种特别适用于难焊接、难 线切割金属的电化学测试装置，能够精确控制电极之间的距离并且快速更换工作电极。 中国专利CN206497017U：一种腐蚀电化学测试装置公开了一种包括电解池、电化 学测试装置、加热装置和保温装置的腐蚀电化学测试装置，可以模拟多种复杂腐蚀气体环 境下的材料腐蚀过程。 中国专利CN2581991Y：一种密闭式恒温电化学测量池公开了一种可以控制反应温 度的电化学测量池，通过液态水控制反应室的温度，使反应的进行不受环境温度影响，并可 在伸入电极和气体导管时保持密封，但该发明并不是针对燃料电池部件进行测试，测试条 件过于宽泛，不利于控制实验变量。 中国专利CN101004403A：电化学测试用电解池公开了一种包含上盖板、下盖板以 及套筒组成的电化学测试电解池，使用塑料材质，能够方便、牢固地将样品加装在电解质底 部，并且避免了钢铁类材质腐蚀带来的实验偏差，该电解池可以用来进行燃料电池膜电极 的电化学测试实验，但是使用过程中膜电极位于测试池底部，长时间的电解液浸泡会对膜 电极产生结构与电化学方面的影响，无法准确反映膜电极的特性。 中国专利CN102735604A：用于腐蚀电化学测量的电解池公开了一种可以夹紧并测 试片状材料的腐蚀电化学性能的电解池，能够实现测试样品的快速夹装和实验装置的组 装，可以在保持工作电极的密封性能的同时，满足从室温到沸腾条件下的恒温电化学测试。 4 CN 111595912 A 说　明　书 2/6 页 虽然该装置可以测试薄片状结构的膜电极，但是无法对膜电极进行较为紧密的禁锢，会导 致膜电极浸泡在电解质中之后，因为不同层状材质膨胀程度不同而导致的分层，不能模拟 燃料电池中的原位状态，导致测试结果不准确，不能满足燃料电池的关键部件测试需要。 现有的相关研究虽然提到了各类能够对通用样品进行测试的电化学测试池，大多 也进行了恒温设计，但是都没有针对燃料电池的关键部件进行设计，不能保证同时出现电 解质、反应气体，无法保证电化学测试时样品的原位条件，不能保证测试过程中膜电极及类 似组件全平面的，造成得到的数据不准确，不能通过离位实验反映原位性能。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟燃料电池 原位测试的立式电化学测量池及测试方法。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 一种模拟燃料电池原位测试的立式电化学测量池，包括电解池本体，所述的电解 池本体上设有与其密封的电解池盖，所述的电解池盖上开设放置测试样品的测试窗口、电 解池气体逸散出口和电解液添加预留口，所述的电解池本体中设有参比电极、对电极和还 原气体导管，该立式电化学池还包括夹装组件、密封组件和加压组件，所述的夹装组件为两 片式结构，测试样品夹设于夹装组件中，所述的夹装组件置于测试窗口中，夹装组件底面设 有供电解液透过并接触测试样品的槽口，所述的密封组件上设有工作电极，所述的密封组 件设置在夹装组件上且所述的工作电极与夹装组件顶面接触，所述的密封组件上设有氧化 气体通孔，所述的加压组件固定在电解池盖上方，测试时所述的加压组件向密封组件施加 垂直向下的压力。 所述的夹装组件包括样品夹板和流场板，所述的样品夹板上开设有多条贯穿样品 夹板上下表面且平行设置的条状槽口，所述的流场板下表面上对应于样品夹板的条状槽口 位置处开设有条状流场槽，所述的测试样品平铺夹设在所述的样品夹板和流场板之间。 所述的条状槽口和条状流场槽的宽度相等，其宽度范围为0.5mm～3mm。 所述的密封组件包括密封盖和密封圈，所述的密封盖内圈形状和大小均与所述的 夹装组件匹配，所述的密封圈镶设在所述的密封盖内圈中，所述的工作电极嵌设在密封盖 内表面上。 所述的加压组件包括顶盖支架、加压支架、加压机、加压推杆和压板，所述的顶盖 支架可拆卸式安装在电解池盖上，所述的加压机通过所述的加压支架固定在顶盖支架上 方，所述的加压推杆贯穿顶盖支架垂直设置在顶盖支架中部，所述的加压推杆一端连接所 述的加压机，另一端连接所述的压板，加压时，所述的压板与所述的密封组件上表面贴合。 所述的电解池本体包括电解池底座和电解池水套，所述的电解池底座上设有安装 电解池水套的底座槽，所述的电解池水套密封安装在所述的底座槽上形成电解液容纳腔， 所述的电解池盖密封安装在电解池水套顶部。 所述的电解池本体上设有用于显示电解液液位的液位计，所述的液位计位于电解 池水套外侧并与电解液容纳腔连通。 所述的液位计上对应于夹装组件中的测试样品下表面位置处设有标记线，所述的 标记线用于在测试时当电解液容纳腔中的电解液液位到达标记线所标记位置时停止加注 5 CN 111595912 A 说　明　书 3/6 页 电解液。 所述的电解池盖中部区域向下凹陷形成下凹平面，所述的测试窗口开设在下凹平 面上，所述的电解池盖上对应于还原气体导管和参比电极位置处对应处开设有气体导管预 留孔和参比电极预留孔。 一种模拟燃料电池原位测试的测试方法，该方法基于上述立式电化学测量池，该 方法包括如下步骤： S1、向电解池本体中注入电解液且液面不高于测试窗口； S2、将夹设有测试样品的夹装组件平放安装在测试窗口位置处，将密封组件密封 设置在夹装组件上； S3、启动加压组件向密封组件施加垂直向下的压力，压紧测试样品； S4、通过电解液添加预留口向电解池本体中添加电解液直至液面超过测试样品下 表面位置； S5、将参比电极、对电极和工作电极连接至电化学工作站，通过氧化气体通孔和还 原气体导管通入相应氧化气体和还原气体进行电化学测试。 与现有技术相比，本发明具有如下优点： (1)本发明测试过程中为样品提供酸性环境、原位结构、原位界面、反应气体等原 位测试条件，可以用来测试燃料电池中的膜电极及类似组件样品，避免使用燃料电池测试 平台，并且能够加速样品的测试流程，从而便捷、低成本、精确地分析样品的电化学性能与 耐久性，以提升膜电极及类似组件的开发、测试效率； (2)本发明采用类似双极板结构的样品夹板与流场板夹紧样品，能够保证整个平 面上样品较为均匀的受力，因此能够防止膜电极测试样品在浸泡过程中不同层状结构吸水 膨胀程度不同导致的样品分层，能够增加实验的准确性。 (3)本发明夹装组件通过设置贯穿样品夹板上下表面的条状槽口和流场板下表面 的条状流场槽，能够模拟燃料电池中膜电极的受应力状态，并且向测试样品表面提供反应 气体，使电化学测试具有燃料电池酸性环境、原位结构、原位界面、反应气体等原位测试条 件，使离位实验能更准确的反应样品的原位性能，大幅提升样品的测试效率； (4)本发明采用标记线对液位计上对应于测试样品下表面高度位置进行标定，因 此能够准确反映电解池中液面的高度，使样品下表面持续接触电解质，同时没有过大的液 体压力，保证实验的准确性，并且能够在长时间的测试过程中保持液位的高度，保证耐久性 测试的有效性。 附图说明 图1为本发明模拟燃料电池原位测试的立式电化学测量池的结构示意图； 图2为本发明电解池盖的结构示意图； 图3为本发明膜电极测试样品示意图； 图4为本发明一般电化学测量池测试膜电极样品过程中质子交换膜吸水过程状态 变化示意图。 图中，1为加压机，2为加压支架，3为加压推杆，4为压板，5为顶盖支架，  6为参比电 极，7为电解池盖，8为电解池出水口，9为电解池水套，10为电解池进水口，11为电解池底座， 6 CN 111595912 A 说　明　书 4/6 页 12为密封组件，13为工作电极，14为流场板，15为还原气体导管，16为测试样品，17为样品夹 板，18为液位计，19为电解液，20  为对电极，71为盖体，72为电解池气体逸散出口，73为加压 组件安装预留孔，74  为参比电极预留孔，75为电解池盖安装预留孔，76为测试窗口，77为凹 陷边界，  78为气体导管预留孔，79为电解液添加预留口，161为质子交换膜，162为催化层，  163为微孔层，164为气体扩散层。