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氫燃料電池,，是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的一種類型，是用質(zhì)子交換膜將陽極氫氣和陰極氧氣的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為電能,、熱能和其他反應(yīng)產(chǎn)物的發(fā)電裝置,，具有效率高、環(huán)境友好的特點(diǎn),。
膜電極是其核心部件,，由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成,，直接影響電池性能,。在大規(guī)模商業(yè)化普及的趨勢下，需要降低生產(chǎn)成本,，因此材料選擇與性能研究尤為重要,。
【質(zhì)子交換膜透氣性測試】
質(zhì)子交換膜是氫燃料電池的重要部件，既提供氫質(zhì)子的傳導(dǎo)通道,，又作為燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣）的阻隔屏障,。研究證明，質(zhì)子交換膜的氫氣透過率越高,，電極輸出電動勢越低,。到達(dá)陰極催化劑的氫氣遇氧產(chǎn)生的自由基會誘使質(zhì)子膜的降解速度加快。
根據(jù)GB/T 20042.3-2022《質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分：質(zhì)子交換膜測試方法》規(guī)定,，質(zhì)子交換膜的透氣性采用目前普遍使用的壓差法測試方法,，具有測試效率高、試驗(yàn)氣體多樣的優(yōu)點(diǎn),。測試過程中,，樣品將儀器測試腔密閉分隔為高壓腔和低壓腔，試驗(yàn)氣體從高壓腔滲透擴(kuò)散至低壓腔,，通過監(jiān)測壓力變化識別氣體滲透達(dá)到穩(wěn)態(tài),，測試儀器自動計(jì)算樣品的氣體透過率和透過系數(shù)。
結(jié)合氫燃料電池的實(shí)際應(yīng)用需求,，Labthink 危險(xiǎn)氣體定制版壓差法氣體滲透儀的測試下限可達(dá)0.05cm3/(m2·24h·0.1MPa),，支持微量氣體透過率測試。針對高溫高濕測試需求,，儀器可通過測試直接獲得5℃～95℃溫度下,，不同試驗(yàn)濕度條件的透氣率數(shù)據(jù)，還能借助Labthink 數(shù)據(jù)擬合技術(shù)獲得材料在極(分隔)端溫度下的氣體透過情況,。針對高壓測試需求,，Labthink也開放了定制渠道，以滿足用戶的需求,。
由于氫氣的不穩(wěn)定性和易燃易爆性,，需要嚴(yán)格按照氣體特性控制整個(gè)測試環(huán)境,，包括測試儀器內(nèi)部的危險(xiǎn)氣體含量，并加強(qiáng)試驗(yàn)尾氣的處理,。我們采用三重措施來保障測試過程的安全,，該儀器目前已經(jīng)通過歐洲TüV SüD安全認(rèn)證。
氫能燃料電池質(zhì)子交換膜壓差法氣體滲透儀,，是一種高精度,、高效率的測試設(shè)備，在燃料電池研發(fā),、生產(chǎn)和質(zhì)量控制過程中具有廣泛應(yīng)用,。通過測量質(zhì)子交換膜的透氣率，可以評估燃料電池的性能和耐久性,，為燃料電池的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)提供技術(shù)支持及重要依據(jù),。
【拉伸性能測試】
除了低透氣性，質(zhì)子交換膜還需具備良好的拉伸性能,，以保障燃料電池長時(shí)間安全工作,。根據(jù)GB/T 20042.3-2022《質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分：質(zhì)子交換膜測試方法》規(guī)定，拉伸性能包括 “拉伸強(qiáng)度",、“彈性模量",、“斷裂拉伸應(yīng)變"等指標(biāo)，以此評估材料所能承受的最大強(qiáng)度,、韌性和延展性,。
該項(xiàng)目利用智能電子拉力試驗(yàn)機(jī),，以50mm/min~200mm/min的速度測試橫向,、縱向長條樣品斷裂時(shí)最大的負(fù)荷以及原始標(biāo)距單位長度的增量，計(jì)算出拉伸強(qiáng)度,、彈性模量和斷裂拉伸應(yīng)變值,。
【180°剝離強(qiáng)度測試】
由于質(zhì)子交換膜質(zhì)地較軟，在實(shí)際應(yīng)用中需要以一定強(qiáng)度的粘合力復(fù)合在某種具有一定厚度和彈性的撓性基材上,，以此為支撐和保護(hù),。兩種材料間的復(fù)合強(qiáng)度，無論過高或過低都會對其使用壽命產(chǎn)生影響,。 因此GB/T 20042.3-2022規(guī)定,，采用180°剝離強(qiáng)度值來表征質(zhì)子交換膜和基材的復(fù)合強(qiáng)度。
實(shí)際測試中,，可以選擇智能電子拉力試驗(yàn)機(jī),，也可以選擇專業(yè)的剝離試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試。測試同樣采用長條試樣（15mm╳250mm）,，沿試樣方向?qū)?fù)合層與基材預(yù)先剝離50mm,。將剝開部分分別裝夾在儀器的上下夾具中,，以300mm/min的速度使上下夾具分離，通過記錄測試過程的剝離力,，計(jì)算樣品的180°剝離強(qiáng)度,。
由于質(zhì)子交換膜和基材的復(fù)合強(qiáng)度較小，因此測試所用的智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)或者剝離試驗(yàn)機(jī)建議選用小量程傳感器,，比如5N,、10N、30N,，具體需要根據(jù)實(shí)際樣品情況進(jìn)行選擇,，以減少測試誤差。
【厚度均勻性】
質(zhì)子交換膜的厚度直接影響其性能和壽命,，因此需要精準(zhǔn)的厚度數(shù)據(jù)作為研發(fā)參考,，并確保膜材料具有良好的厚度均勻性。
根據(jù)GB/T 20042.3-2022規(guī)定,，厚度均勻性測試選用具有代表性的,、無折皺、缺陷,、破損的樣品制為有效面積至少100cm2的圓形或者方形樣品,。利用精度不低于0.1μm的接觸式測厚儀測試至少30個(gè)均勻分布點(diǎn)位的厚度值。連續(xù)測試3片樣品,，自動測得樣品的平均厚度值,，由此計(jì)算厚度極差、厚度相對偏差等值,，來表征樣品的厚度均勻性,。
需要重點(diǎn)注意的是，質(zhì)子交換膜對壓力敏感度高,，因此標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào),，為了避免測量頭接觸試樣導(dǎo)致試樣變形，測試過程中測量頭施加在樣品表面的強(qiáng)度在0.7 N/cm2 ~2 N/cm2,。
當(dāng)前,，Labthink已與新能源行業(yè)眾多企事業(yè)單位以及科研院校攜手，積極發(fā)揮在儀器研發(fā)制造和測試領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢,，聚焦燃料電池產(chǎn)業(yè),，開展深入合作，共同推進(jìn)新能源行業(yè)的快速創(chuàng)新發(fā)展,。
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