質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,，簡稱PEMFC）作為一種新興的低溫燃料電池,，具有效率高、工作溫度低,、*等優(yōu)點(diǎn),，是新型綠色能源的主要發(fā)展方向之一。燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的在線發(fā)電裝置，由于突破了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的效率限制,，成為未來汽車動(dòng)力裝置發(fā)展的重要方向,。燃料電池單體內(nèi)部最重要的部件就是膜電極（Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA）,，是燃料電池乃至新能源汽車動(dòng)力部分的關(guān)鍵組成部分,。

碳紙 —氣體擴(kuò)散層（GDL）基材理想材料

PEMFC的核心部件是膜電極組件，由兩個(gè)催化層（CL）,、兩個(gè)氣體擴(kuò)散層（GDL）和一個(gè)質(zhì)子交換膜（PEM）組成,。氣體擴(kuò)散層是膜電極中的關(guān)鍵部分，起到支撐催化層,、收集電流,、傳導(dǎo)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水的作用。常用的氣體擴(kuò)散層（GDL）基材主要有：碳紙,、碳布,、炭黑紙、金屬材料等,，其中碳紙因具有高導(dǎo)電性,、耐腐蝕性以及出色的尺寸穩(wěn)定性，是GDL基材的理想材料,。

質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理圖

碳紙,，又稱為碳纖維紙，是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的專用材料,，即氣體擴(kuò)散層,，主要作用是傳導(dǎo)電流，引導(dǎo)反應(yīng)氣體從石墨板導(dǎo)流到觸媒層,，并把反應(yīng)水排除在觸媒層之外,，是燃料電池膜電機(jī)組（MEA）中*的材料。

強(qiáng)度性能是碳紙的重要指標(biāo)之一,，具有較好強(qiáng)度的碳紙可為質(zhì)子交換膜燃料電池的安裝和使用帶來保障,，同時(shí)穩(wěn)定整個(gè)電極的結(jié)構(gòu)，提高電池的壽命,。

因此，對(duì)碳紙材料進(jìn)行拉伸,、壓縮,、三點(diǎn)彎曲和剝離強(qiáng)度測試，可以有效檢驗(yàn)碳紙強(qiáng)度,，在碳紙材料的開發(fā)與規(guī)?；a(chǎn)中發(fā)揮極為重要的作用。

島津方案

目前,，碳紙作為新能源領(lǐng)域的新材料,，仍然處于大規(guī)模生產(chǎn)的初級(jí)階段,，不同國家不同的碳紙制造商，因?yàn)榧夹g(shù)與工藝的差異,，對(duì)碳紙產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)尚未達(dá)成統(tǒng)一,。國內(nèi)多數(shù)企業(yè)參考《GB/T 20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池 第7部分碳紙?zhí)匦詼y試方法》的要求，結(jié)合各自工藝水平,，對(duì)碳紙材料從拉伸,、壓縮、彎曲,、剝離多個(gè)方面進(jìn)行測試評(píng)估,。

島津電子萬能試驗(yàn)機(jī)，選擇合適的夾具,，按標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定好試驗(yàn)方法,，能夠很方便地獲取測試數(shù)據(jù)與曲線，大大提高碳紙力學(xué)測試的效率,。

1拉伸測試

將碳紙裁切為120×10mm的長條形試樣,，此次試驗(yàn)用碳紙厚度為0.19mm。裁切邊緣盡量保持光滑平整,。將裁切好的碳紙拉伸試樣夾在1KN氣動(dòng)雙推夾具上完成測試,。

碳紙拉伸測試與夾具

碳紙拉伸測試應(yīng)力-應(yīng)變曲線

表1. 測試結(jié)果

從上圖可知，試驗(yàn)機(jī)獲取了客戶所需的應(yīng)力曲線,，通過觀察,，6個(gè)試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)相似，從而判斷碳紙拉伸性能比較均一,。結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知,，最大應(yīng)力分布在36~40MPa的區(qū)間內(nèi)，拉伸強(qiáng)度的離散型也保持較好,。

2壓縮測試

將碳紙裁成50×50mm的正方形,，推薦選擇帶有調(diào)平功能的壓盤夾具來完成超薄材料的壓縮測試。

碳紙壓縮測試與可調(diào)平壓盤

碳紙壓縮測試載荷-行程曲線

表2. 測試結(jié)果

如上圖可知,，根據(jù)島津AGS-X電子萬能試驗(yàn)機(jī)獲取的壓縮測試載荷-行程曲線,，觀察3個(gè)試樣的測試曲線形態(tài)相似，從表中數(shù)據(jù)可知,，最大應(yīng)力分布在0.008-0.009MPa的區(qū)間內(nèi),，數(shù)值穩(wěn)定，說明三個(gè)碳紙?jiān)嚇拥目箟盒韵嗨啤?/span>

3三點(diǎn)彎曲測試

將碳紙裁切成120×20mm長方形試樣,，保證切口光滑平整,。碳紙三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)選擇島津1KN塑料三點(diǎn)彎曲夾具。

碳紙三點(diǎn)彎曲測試載荷-時(shí)間曲線

表3. 測試結(jié)果

從圖表和三點(diǎn)彎曲載荷-時(shí)間曲線，以及抗彎強(qiáng)度差異不大,，可判斷3個(gè)試樣的抗彎強(qiáng)度和斷裂點(diǎn)載荷保持穩(wěn)定,，進(jìn)而可判斷本批次樣品的抗壓水平保持在一個(gè)水平。

4剝離測試

將碳紙粘貼在不銹鋼基板上,，碳紙表面再貼上膠帶,。選用1KN氣動(dòng)拉伸夾具來完成拉伸測試。

使用島津試驗(yàn)機(jī)與夾具進(jìn)行碳紙180°剝離試驗(yàn)

結(jié)語

使用島津的AGS-X或AGX-V電子萬能試驗(yàn)機(jī),，配合拉伸,、壓縮、三點(diǎn)彎曲,、剝離各種不同的夾具與附件,，符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)客戶的自身測試要求，可以滿足您對(duì)碳紙的各種力學(xué)測試與質(zhì)量控制的需要,，為碳紙規(guī)?；圃毂ｑ{護(hù)航。

*本文內(nèi)容非商業(yè)廣告,，僅供專業(yè)人士參考,。