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2024/10/24
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氫燃料電池炭紙關鍵性能測試
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能通過電化學反應,，轉(zhuǎn)化為電能,、熱能和其他反應產(chǎn)物的發(fā)電裝置，具有效率高,、環(huán)境友好的特點,。
炭紙，是氫燃料電池膜電極氣體擴散層的常用材料,，承擔著支撐催化劑層,，傳遞氫氣、氧氣以及反應產(chǎn)物的重任,。要求材料：1,、具有適宜的孔隙分布以利于反應氣體的傳導；2,、具有良好的強度以支撐催化層,；3,、具有合適的厚度，以實現(xiàn)強透氣,、強支撐和低成本三方面兼顧,。
1、透氣性
在適宜的孔隙率和孔分布情況下,，炭紙應具有良好的透氣性,。但由于技術與工藝的差異，目前炭紙透氣性并沒有統(tǒng)一的指標要求,，故目前大多企業(yè)參考《GB/T 20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池 第7部分：炭紙?zhí)匦詼y試方法》,，對炭紙材料的透氣性進行自我評估。
測試方面,，將炭紙樣品密封裝夾在透氣度儀的測試腔內(nèi),，使兩側(cè)形成密閉的氣室，流入氣體,，使樣品兩側(cè)保持一定的壓力差,，軟件自動測定在壓力差作用下透過樣品的氣體體積流速，通過計算獲得炭紙樣品的透氣率,。
根據(jù)測試經(jīng)驗,，炭紙的透氣量一般較高，故應選擇適合量程的儀器,。Labthink TQD-G1A透氣度測試儀,，氣體體積流速測量范圍為0～30L/min，能滿足一般炭紙的透氣性能測定,。對于高透氣性的炭紙材料,，支持定制更寬測量范圍的儀器。透氣度測試儀的壓力差設定范圍為0～1000Pa,便于用戶靈活調(diào)整壓差設定,，從而獲得更加精準的透氣率值,。儀器內(nèi)置了高精度電子氣流、氣壓傳感器,，便于精準控制與監(jiān)測測試過程中氣流量和壓力變化,。
2、拉伸強度
炭紙必須具有適當?shù)臋C械強度,，使其能夠獨立支撐催化劑層,，從而穩(wěn)定整個電極結(jié)構(gòu)。因此在新型炭紙的機械性能改善研究,，以及在提升炭紙的導電率,、孔隙率、疏水性等關鍵指標的性能的同時,，需時刻關注拉伸強度等性能數(shù)值的變化,。
根據(jù)《GB/T 20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池 第7部分：炭紙?zhí)匦詼y試方法》的規(guī)定,，將炭紙裁取長條型試樣，置于智能電子拉力機兩夾具中,，上,、下夾具的中心線應與試樣受力的方向平行，且在受力過程中保持試樣在同一平面,。以10mm/min~100mm/min范圍內(nèi)的速度拉伸,。樣品斷裂后，儀器自動計算樣品的拉伸強度值,。如有需要,，樣品按縱向和橫向分別取樣測試，以了解炭紙不同方向上的拉伸強度差異,。
3,、厚度均勻性
以炭紙為主要材料構(gòu)成的氣體擴散層，厚度越薄越有利于傳導氣體,、減小電阻,，但考慮到對催化劑層支撐的強度要求，故應根據(jù)不同的應用環(huán)境需要設計不同的厚度,，并確保炭紙具有良好的厚度均勻性,。
根據(jù)GB/T 20042.3-2022規(guī)定，厚度均勻性測試應選用具有代表性的,、無折皺,、缺陷、破損的樣品制備為有效面積至少100cm2的樣品,。在標準實驗室環(huán)境（23℃,，50%RH）中，利用接觸式測厚儀測試多個均勻分布點位的厚度值,，確保每個25cm2樣品不少于9個測試點,。連續(xù)測試3片樣品，自動測得炭紙的平均厚度值,，由此計算厚度標準偏差、厚度離散系數(shù)等值,。測試過程中,，測厚儀的測量頭與樣品接觸要保持一定的壓強，一般推薦5 N/cm2,。
當前,，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)制造和測試領域的經(jīng)驗優(yōu)勢,，聚焦燃料電池產(chǎn)業(yè),，開展深入合作,，共同推進新能源行業(yè)的快速創(chuàng)新發(fā)展。
