Тестовый топливный элемент

Тестовый топливный элемент относится к области альтернативной энергетики и может быть использован для получения электрохимических характеристик твердополимерных протонпроводящих мембран.
Заявленная полезная модель относится к конструкции устройств для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, более конкретно, к конструкции тестового топливного элемента (ТТЭ). С помощью ТТЭ можно получать электрохимические характеристики образцов мембранно-электродного блока (МЭБ) с малой площадью, регулировать усилие сжатия образцов, производить их быструю замену.
Известен способ применение более дешевых материалов и методов изготовления биполярных пластин, например, изготовление биполярных пластин из нержавеющей стали методом штамповки (патент RU2528520C2, МПК C25D 11/34, C22D 38/28, C22D 38/26, C22D 38/18 опубликовано 20.09.14).
Общим признаком является изготовление биполярных пластин из металла и установка их в корпус топливного элемента.
Недостатком данной конструкции является использование биполярных и токосъемных пластин отдельными элементами, это увеличивает контактное сопротивление внутри ТТЭ, что в конечном итоге искажает действительные электрические характеристики исследуемого МЭБ.
Известен способ увеличение коррозионной стойкости металлических биполярных пластин с помощью защитных покрытий, например, модифицирование верхнего слоя металла за счет легированного углерода (патент RU 97568U1, МПК Н01М 8/00, опубликовано 10.09.2010).
Общим признаком является изготовление биполярных пластин с применением защитного покрытия.
Недостатком данной конструкции является тонкое покрытие порядка нескольких нанометров, что не может обеспечить антикоррозионную защиту в ТТЭ. В связи с частой сборкой и разборкой ТТЭ в отличие от обычного ТЭ, может происходить механический износ покрытия биполярных пластин, что негативно отразится на электрических характеристиках МЭБ.
Известна конструкция (патент US 8007944B2, МПК Н01М 8/24, Н01М 8/10, опубликовано 29.11.2007), содержащая  токосъемные пластина/поршень, основания, крепежные отверстия, биполярные пластины, уплотнительные кольца.
Общими признаками являются принцип установки образцов мембран для проверки и принцип работы ТТЭ.
Недостатком данной конструкции является потребность использования ТТЭ только в специальном оборудовании. Так же, не смотря на простоту регулировки давления, оказываемого на МЭБ, операция установки МЭБ в ТТЭ остается время затратной операцией. А возможность применения данной конструкции ТТЭ только в специальном оборудовании удорожает процесс испытаний МЭБ.
Данное конструктивное решение можно принять в качестве наиболее близкого   к заявляемой полезной модели.
Техническим результатом полезной модели является создание простой конструкции тестового топливного элемента для получения характеристик внутренних компонентов низкотемпературных топливных элементов на основе твердополимерных протонпроводящих мембран с малой погрешностью и высокой степенью воспроизводимости результатов измерений при низких затратах.
Технический результат достигается  тем, что тестовый топливный элемент состоит из крепежной части, уплотнителей и корпуса, имеющего две половины, между которыми устанавливаются биполярные пластины, зажимающие изучаемые мембранно-электродные блоки, где, согласно полезной модели,  регулировка силы прижатия мембранно-электродного блока осуществляется за счет механизма крепления двух половин корпуса с помощью эксцентрикового прижимного механизма, имеющего возможностью регулировки усилия прижима, токосъемная и биполярная пластина объединены в один элемент, монтаж и демонтаж мембранно-электродного блока проводится без применения дополнительных инструментов.
Отличительными признаками от прототипа является то, что биполярная и токосъемная пластины объединены в один элемент, в качестве зажима мембранно-электродного блока используется эксцентриковый механизм, а также, применение в качестве материала корпуса ТТЭ капролактама (пластика).
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о наличии «новизны» в представляемой модели.
На фиг.1 представлен тестовый топливный элемент в разобранном виде, где:
1 - основания тестового топливного элемента;
2 - эксцентриковые прижимные механизмы;
3 - фитинги для подачи топлива, окислителя и отвода отработанных газов;
4 - направляющие;
5 - биполярные пластины, совмещенные с токосъемными пластинами.
Тестовый топливный элемент содержит биполярные пластины, объединенные в один элемент с токосъемными пластинами 5, установленные в пластиковое основание 1. В пластиковом основании, в свою очередь, имеются каналы для подвода топлива, окислителя, и отвода отработанных газов.  Для удобства центровки полученных сборочных единиц используются направляющие 4. К полученной сборке для подвода топлива, окислителя и отвода отработанных газов крепятся фитинги 3. Чтобы подать топливо и окислитель в получившуюся сборку требуется обеспечение постоянного давления на  половинки ТТЭ с целью герметичного прижатия друг к другу, эту задачу выполняют эксцентриковые прижимные механизмы 2.
Благодаря полученной конструкции ТТЭ, замена МЭБ происходит быстро, а единожды выставленное усилие на эксцентриковом механизме позволяет получать достоверные результаты измерений на протяжении всего периода испытаний образцов одного типа.