质子交换膜燃料电池用金属单极板(T-ZSA 161—2023).pdf
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1、 中关村标准化协会中关村标准化协会 发布发布 ICS 27.070 CCS K 82 质子交换膜燃料电池用金属单极板 Proton exchange membrane fuel cell metallic plate 2023-10-20 发布 2023-10-21 实施 团体标准团体标准 T/ZSA 161-2023 T/ZSA 161-2023 I 目 次 目 次.I 前 言.III 引 言.IV 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 总则.2 4.1 概述.2 4.2 取样.2 4.3 样品预处理.2 4.4 图样.2 4.5 试验(检测)器具精度.2 4.6 实
2、验室一般条件.2 5 技术要求.2 5.1 极板表面划痕.2 5.2 极板表面凸凹点.2 5.3 极板表面污锈点.2 5.4 极板翘曲度.3 5.5 极板有效面积占比.3 5.6 极板厚度最大偏差.3 5.7 极板密封槽深度最大偏差.3 5.8 极板质量功率比.3 5.9 极板空气压降.3 5.10 极板渗透率.3 5.11 极板接触电阻.3 5.12 极板最大减薄率.3 5.13 极板压缩弹性模量和抗压强度.3 5.14 极板腐蚀电流密度.3 5.15 极板上涂层附着力.3 6 试验方法.3 6.1 极板表面划痕.3 6.2 极板表面凸凹点.4 6.3 极板表面污锈点.4 6.4 极板翘曲度
3、.4 6.5 极板有效面积占比.4 6.6 极板厚度最大偏差.6 6.7 极板密封槽深度最大偏差.7 6.8 极板质量功率比.7 6.9 极板空气压降.8 T/ZSA 161-2023 II 6.10 极板渗透率.8 6.11 极板接触电阻.8 6.12 极板最大减薄率.9 6.13 极板压缩弹性模量与抗压强度.9 6.14 极板腐蚀电流密度.10 6.15 极板上涂层附着力(定性方法).11 7 检验规则.11 7.1 出厂检验.11 7.2 型式检验.11 7.3 检验项目.11 8 包装、标记和运输.11 8.1 包装.11 8.2 标记.12 8.3 运输.12 附录 A(资料性)极板
4、翘曲度激光检测法.13 附录 B(规范性)极板渗透率激光检测法.14 附录 C(资料性)极板减薄率激光检测法.15 附录 D(资料性)试验报告.16 参考文献.18 T/ZSA 161-2023 III 前 言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中关村标准化协会技术委员会提出并归口。本文件起草单位:北京新研创能科技有限公司、上海交通大学、深圳市长盈精密技术股份有限公司、上海福宜真空设备有限公司、南京先进激光研究院、新研氢能源科技有限公司、北京上
5、电科赛睿科技有限公司、北京师范大学、国家电投集团氢能科技发展有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、北京北方华创真空技术有限公司、安泰环境工程技术有限公司、北京实力源科技开发有限责任公司、北京科技大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所。本文件主要起草人:齐志刚、彭林法、何忠平、褚家宝、林盛、马春宏、卢琛钰、王浩琦、陆维、李飞强、曹志强、赵京辉、刘阳、庞晓露、杨培勇、方川、徐云飞、李桦。T/ZSA 161-2023 IV 引 言 本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件时,可能涉及到本文件 6.1 条与金属极板表面划痕分布测量方法、6.10 b)条与金属极板渗透率激光检测法相关的专利的使用。本文
6、件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。该专利持有人已向本文件的发布机构承诺,他愿意同任何申请人在合理无歧视的条款和条件下,就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。专利权人或专利申请人同意在公平、合理、无歧视基础上,有偿许可任何组织或者个人在实施该中关村标准时实施专利。相关信息可以通过以下联系方式获得:专利持有人姓名:北京新研创能科技有限公司。地址:北京市大兴区北京经济技术开发区永昌中路甲 6 号院 1 号楼。邮箱:。专利持有人姓名:北京新研创能科技有限公司。请注意除上述专利外,本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。T
7、/ZSA 161-2023 1 质子交换膜燃料电池用金属单极板 1 范围 本文件规定了质子交换膜燃料电池用金属单极板的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则及包装、标记和运输等。本文件适用于以金属材料(如不锈钢或钛)为主要原料的质子交换膜燃料电池用金属单极板。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 20042.1 质子交换膜燃料电池 第1部分:术语 GB/T 20042.6-2011 质子交换膜燃料电池 第6部分:双极板
8、特性测试方法 GB/T 28816 燃料电池 术语 3 术语和定义 GB/T 20042.1、GB/T 28816界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 金属单极板 metallic plate 由金属材料制作用于质子交换膜燃料电池的阴极板和/或阳极板。注:本文件中以下将“金属单极板”简称为“极板”。3.2 极板面积 plate area 极板长度方向的最长距离与宽度方向的最长距离的乘积。注:极板边缘用于连接电压巡检的凸起部分不计入极板面积。3.3 极板有效面积 plate effective area 极板活性面积 plate active area 极板上与膜电极活性区域相对应的面积
9、为极板有效面积或极板活性面积。3.4 极板有效面积占比 plate effective area percentage 极板有效面积占极板面积的百分比。3.5 极板最大减薄率 plate maximum thinning ratio 极板最薄处材料厚度与制作该极板板材厚度之差的绝对值占极板板材厚度的百分比。3.6 极板质量功率比 plate mass to power ratio 一片单极板的质量与一片与其相匹配使用的膜电极在额定电压下所发电功率的比值。3.7 极板抗压强度 plate compressive strength 在极板的应力-应变试验中,应力与应变开始偏离弹性直线关系时施加于极
10、板上的压强。注:考虑到极板的特殊性,本定义并不像常规定义一样把被测样品所能承受的最大压强定义为抗压强度。3.8 极板翘曲度 plate warpage percentage 极板在垂直于基准平面方向的最大翘曲变形高度占极板长度的百分比。T/ZSA 161-2023 2 4 总则 4.1 概述 4.1.1 极板是一件制品,多由 0.1 mm 金属板材通过冲压或液压成型,其加工过程对材质化学特性的影响可以忽略不计,但对材质厚度有一定的影响。4.1.2 极板成品厚度(板材本身厚度+沟槽深度)大约在 0.35 mm0.5 mm。4.1.3 极板成品的长度和宽度方向最大尺寸一般均不超过 1000 mm。
11、超过这个尺寸时制造商和用户可对检测方法或检测项目进行协商。4.2 取样 除指明可以截取极板制品上的部分作为测试样品的特殊情况外,应以极板制品整体作为测试样品。4.3 样品预处理 被测样品表面应保持洁净,无油污、异物等,测试前样品应达到室温状态。4.4 图样 制造商应提供极板制品的图样,图样上应标明与测试项目相关的尺寸与精度信息。4.5 试验(检测)器具精度 试验(检测)器具的精度应高于检测项目中要求达到的精度。4.6 实验室一般条件 实验室环境条件应符合以下要求:环境温度:20 5;气压:86 kPa106 kPa。5 技术要求 5.1 极板表面划痕 极板气侧流场表面划痕达到表1所述任一状况则
12、视为不合格。表1 表面划痕判定表 极板上区域 划痕数量 个 划痕宽度 mm 划痕深度 mm 划痕长度 mm 密封槽 5 0.07 0.005 50 反应区域 5 0.07 0.005 50 导流区域 7 0.1 0.005 50 5.2 极板表面凸凹点 极板气侧流场表面凸凹点达到表2所述任一状况则视为不合格。表2 表面凹凸点判定表 极板上区域 凸凹点数量 个 凸凹点直径 mm 凸凹点高度或深度 mm 凸凹点间距离 mm 密封槽焊道中心线位置 2 0.15 0.02 30 密封槽非焊道中心线位置 3 0.3 0.02 30 反应区域 3 0.4 0.02 30 导流区域 5 0.6 0.02 3
13、0 5.3 极板表面污锈点 T/ZSA 161-2023 3 在密封槽、导流区和反应区不应有污锈点。5.4 极板翘曲度 极板翘曲度应不大于1%。5.5 极板有效面积占比 极板有效面积占比应不小于50%。5.6 极板厚度最大偏差 极板最大厚度(或最小厚度)与平均厚度的偏差应不大于30 m。注:极板厚度指垂直于极板平面方向不同区域极板正面楞表面与该区域极板背面楞表面之间的垂直距离。5.7 极板密封槽深度最大偏差 极板密封槽最大深度(或最小深度)与平均深度的偏差应不大于20 m。5.8 极板质量功率比 不锈钢极板质量功率比应不大于0.15 g/W,钛极板质量功率比应不大于0.08 g/W。5.9 极
14、板空气压降 对应2.0 A/cm2电流密度下2.2倍计量比的空气流量,阴极板上从空气入口到出口之间的压降应不大于50 kPa。5.10 极板渗透率 在0.3 MPa绝对压力下,氦气通过极板的渗透率应不大于0.02 L/(cm2min)。5.11 极板接触电阻 在1.0 MPa的压强下,极板的反应区与气体扩散层之间的接触电阻应不大于5 mcm2。5.12 极板最大减薄率 极板最大减薄率应不大于40%。5.13 极板压缩弹性模量和抗压强度 5.13.1 极板压缩弹性模量应不小于 20 MPa。5.13.2 极板抗压强度应不小于 3 MPa。5.14 极板腐蚀电流密度 5.14.1 平衡电位下的腐蚀
15、电流密度应不大于 0.5 A/cm2。5.14.2 如果在某一恒电位下(如 0.84 V 或 1.0 V)测试极板腐蚀电流密度,应给出测试时的电压点。5.15 极板上涂层附着力 极板上涂层附着力应满足百格法零级要求。6 试验方法 6.1 极板表面划痕 在800 LUX1200 LUX灯光下检查,如果有划痕,检查划痕的个数,并用激光轮廓仪或影像测量仪测量划痕的物理尺寸(长度、宽度和深度)。注:如果需要获得整个极板所有划痕及其分布情况,可按中国发明专利双极板表面划痕检测系统及方法(202210234835.8)进行测量,具体方法为:通过合理布置第一偏振片和第二偏振片的位置对光学光路进行优化设计,从
16、而得到划痕区域曝光被增强、其他区域曝光被减弱的光学图像,利用成像组件将极板上的划痕突显出来,使控制单元快速准确地判断出划痕的存在,并依此给出划痕分布图。T/ZSA 161-2023 4 6.2 极板表面凸凹点 在800 LUX1200 LUX灯光下检查,如果有凸凹点,检查凸凹点的个数及其之间的间距,并用菲林片测量凸凹点的直径,用高度规(或深度规)测量高度(或深度)。注1:对于用菲林片测量时直径正好处在可接受值上限的凸凹点,建议在显微镜下放大后进行测量。注2:表面凸凹点也可采用横向分辨率优于0.05 mm、纵向分辨率优于0.01 mm的激光扫描仪来进行整块极板的快速检测和识别。6.3 极板表面污
17、锈点 在800 LUX1200 LUX灯光下观察,如果极板表面有污点且用水或酒精擦拭不掉,判定有污锈点。6.4 极板翘曲度 测量极板翘曲最高处与基准平面的垂直距离(hW),然后用式(1)计算极板的翘曲度()。=hW/L1 X 100%(1)式中:极板的翘曲度,单位为百分比(%);HW极板的最大翘曲高度,单位为毫米(mm);极板长度,单位为毫米(mm)。注:附录A给出了一种利用平行光投射系统测量极板翘曲度的方法。6.5 极板有效面积占比 6.5.1 极板面积(S1)6.5.1.1 规则形状极板 测量极板的长度()和宽度(),如图1所示,然后通过两者的乘积计算极板的面积(),见式(2)。(2)式中
18、:极板面积,单位为平方厘米(cm2);极板长度,单位为厘米(cm);极板宽度,单位为厘米(cm)。注:对于圆形极板,整个圆的面积为极板面积,通过r2计算,其中r是圆的半径。图1 规则形状极板示意图 6.5.1.2 不规则形状极板 T/ZSA 161-2023 5 沿极板周边画一个矩形,该矩形应把极板整体紧框在其中(不包括电压巡检凸起部分),如图2所示,测量该矩形的长度()和宽度(),然后通过两者的乘积计算极板的面积(),见式(2)。图2 不规则形状极板示意图 6.5.2 极板有效面积(S2)极板有效面积示意图见图3。测量极板反应区最外围两条流道外边缘之间的直线距离,如果在不同处测得的距离略有差
19、别,选择最长的距离,把该距离加上1.0 mm作为反应区的宽度();测量极板反应区流道入口到出口之间的直线距离,如果不同流道入口到出口的直线距离略有差别,取它们的平均值,把该平均值加上1.0 mm作为反应区的长度();然后通过两者的乘积,计算极板反应区的面积,即极板有效面积(),见式(3)。(3)式中:极板反应区面积,单位为平方厘米(cm2);极板反应区长度,单位为厘米(cm);极板反应区宽度,单位为厘米(cm)。注:对于反应区不规则或反应区难以判断的极板,可参考由送检单位提供的带有反应区精确尺寸的图纸。图3 极板有效面积示意图 6.5.3 极板有效面积占比 按照式(4)计算极板有效面积占比。E
20、A=S2/S1 x 100%(4)式中:T/ZSA 161-2023 6 EA极板有效面积占比,单位为百分比(%);极板反应区面积,单位为平方厘米(cm2);极板面积,单位为平方厘米(cm2)。6.6 极板厚度最大偏差 把极板按其位置特征分为不少于20个测量点(如图4和图5所示),每个测量点的面积不宜超过10 mm2,用测厚仪、高度规或千分尺测量这些点的厚度,然后用式(5)、(6)、(7)分别计算平均厚度()、最大厚度与平均厚度的偏差()、最小厚度与平均厚度的偏差(),取偏差大者为厚度最大偏差。(5)式中:平均厚度,单位为毫米(mm);每次测量的厚度值,单位为毫米(mm)。(6)式中:最大厚度
21、与平均厚度的偏差,单位为微米(m);最大厚度,单位为毫米(mm)。(7)式中:最小厚度与平均厚度的偏差,单位为微米(m)。最小厚度,单位为毫米(mm)。图4 长边方向开口型极板厚度测量点示意图 图5 四周开口型极板厚度测量点示意图 T/ZSA 161-2023 7 6.7 极板密封槽深度最大偏差 把极板上用于与膜电极相密封的密封槽按其位置特征分为不少于10个测量点(如图6所示),用高度规、深度规或激光轮廓测试仪对其深度进行测量。当用激光轮廓测试仪进行测量时,激光按与密封槽走向相垂直的方向进行扫描,得到密封槽截面轮廓(示意图如图7所示),测量点处脊顶基准线与槽顶基准线之间垂直距离为密封槽的深度(
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