2.2　測試設備與測試過程

固體氧化物燃料電池的紐扣電池的測試是ENEA燃料電池中心進行的，測試臺是由SOFCpower公司提供的，如圖2-2所示。測試臺的上部是一個手動控溫的管式爐，用來把電池從室溫慢慢上升到工作溫度。測試臺由一臺與之相連的電腦控制，所有的試驗參數能夠通過一個軟件控制盒修改。這款軟件也能同時控制外接電子負載和各個測量設備。并且能自動記錄各個測量數據，如電壓、電流、放電功率以及即時計算得出的電池內阻等數據。

圖2-2　SOFCpower紐扣電池測試臺

紐扣電池的測試夾具結構示意圖如圖2-3。一個氧化鋁陶瓷管被用來作為電化學反應器，另外兩根氧化鋁陶瓷管用來把反應氣體輸送電池的有效活化反應區域。紐扣電池使用一個氧化鋁陶瓷環安裝并密封在兩根氧化鋁陶瓷管一端上。電池陽極連接在這個氧化鋁陶瓷環上并且在邊緣使用高溫陶瓷膠進行密封。電池負載時通過線連接在電池集流材料上（陽極是鎳網，陰極為金網）。

圖2-3　紐扣電池測試夾具結構示意圖

紐扣電池的工作溫度是750℃。燃料為純氫氣，氧化劑是空氣。在啟動時，陽極通入氮氣，陰極通入空氣，流量分別為50ml/min和300ml/min。然后管式爐溫度以60℃/h的升溫速率逐漸上升到工作溫度。在陽極還原過程結束后，進行電池的電化學性能以及可靠性測試。在整個測試結束后，爐溫以60℃/h的降溫速率逐漸降到室溫并同時持續通入氫氣保護陽極防止其被再次氧化。

進行電池性能測試的時候，電池陽極通入氫氣，陰極通入壓縮空氣。測試時使用兩種測試標準。實驗時兩種測試標準的各氣體流量列在表2-3中。一種標準是FCTESQA（Fuel Cell Testing，Safety and Quality Assurance），這是一個歐洲通用標準。另外一種SP標準是SOFCpower公司內部標準。對這兩個電池，每工作250 h測試極化曲線一次，測試時電流逐漸升高直到電池電壓達到截止值（600mV）時為止。其余時間電池都在1 A（0.5 A/cm2）條件下進行恒流放電。在大多時間內，兩個電池都是工作在FCTESQA條件下。僅僅當電池工作時間是0、1000h和2000h時，我們會把標準調至SP條件下進行電池Ⅰ-V曲線的測試。紐扣電池BC1工作了大概1000h后由于負載的金線從集流器上斷開，測試被迫終止。紐扣電池BC2進行了長達2000h的測試。

表2-3　兩種標準下電池工作時氣體流量