质子交换膜燃料电池 第6部分:双极板特性测试方法(GBT20042.6-2011).pdf
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1、质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T2 0 0 42.6-2 0 11)1范围 G B/T 2 0 0 46 的本部分规定了质子交换膜燃料电池双极板特性测试方法的术语和定义、双极板材料的气体致密性测试、抗弯强度测试、密度测试、电阻测试和腐蚀电流密度测试等;双极板部件的
2、气体致密性测试、阻力降测试、面积利用率测试、厚度均匀性测试、平面度测试、重量测试和电阻测试等。本部分适用于各种类型的质子交换膜燃料电池用双极板材料和部件。本标准主要分为双极板材料特性测试和双极板部件特性测试两部分。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是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。G B/T 7 96 2.2 0-198 7 无色光学玻璃测试方法密度测试方法 G B/T 1346 5.2-2 0 0 2 不透性石墨材料抗弯强度试验方法 G B/T 1992 2-2 0 0 5硅片局部平整
3、度非接触式标准测试方法 G B/T 2 0 0 42.1质子交换膜燃料电池术语 JJG 50 8-2 0 0 4四探针电阻率测试仪 3术语和定义 G B/T 2 0 0 42.1界定的以及下列术语和定义适用于本部分。3.1 腐蚀电流密度c o r r o s i o n c u r r e n t d e n s i t y 单位面积的双极板材料在燃料电池运行环境中,在腐蚀电位下由于化学或电化学作用引起的破坏产生的电流值,单位为A/c m2.注:腐蚀电流密度值大小反映了双极板腐蚀速率的快慢,是表征双极板材料及部件在嫩料电池运行环境下耐腐蚀性能的物理量。3.2 接触电阻i n t e r f a
4、 c i a l c o n t a c t r e s i s t a n c e 两种材料之间的接触部分产生的电阻,单位是m c m2。注:双极板的接触电阻主要指双极板与炭纸之间的接触电阻。3.3 体电阻率b u l k r e s i s t a n c e 双极板材料本体的电阻率值,单位是m c m。页面 1/17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n
5、g y u a n.c o m 3.4 透气率g a s p e r m e a b i l i t y 在试验条件下,在单位时间内透过单位面积样品的气体量,单位为c m3/c m2m i n 或m L/c m2m i n。3.5 抗弯强度f l e x u r a l s t r e n g t h 在规定条件下,双极板在弯曲过程中所能承受的最大弯曲应力,单位为M Pa。3.6 平面度f l a t n e s s 双极板的脊背部分具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。注:双极板的平面度直接影响双极板与炭纸之间的接触电阻,从而影响电池性能。3.7 阻力降r e s i s t a n c e
6、 d r o p 气体流经双极板的进出口压力差。3.8 面积利用率a r e a u t i l i z a t i o n 双极板的有效面积比,即双极板的有效面积(流场部分的面积)与双极板总面积的比值。4双极板材料气体致密性测试 4.1测试仪器及设备 测试仪器及设备包括:气相色谱仪。渗透池。4.2 样品制备 4.2.1样品形状为正方形(5c m 5c m),面积为2 5c m2;样品形状和尺寸也可由测试双方协商决定。4.2.2 样品数量为5个(保证得到3个有效值),应无褶皱、划痕和破损。4.2.3对于不同批次的双极板材料,应分别抽样;单一材料随机抽样,不同材料分别抽样。4.3测试方法 4.3
7、.1将样品夹在两块均具有气体进口和出口的不锈钢夹具之间,使两侧形成气室,作为试验渗透池。4.3.2 将渗透池按照图1所示的试验装置示意图安装在试验装置上。页面 2 /17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m 4.3.3室温下分别在气室的两侧通人氧气或氢气和惰性气体,使气室两侧保持一定的压力差。压力通过两侧精密压力表来控制。注:压
8、力差可在0 M Pa-0.2 M Pa 之间。4.3.4在室温和一定压力差下稳定至少2 h,将惰性气体的出口通人气相色谱仪测量被测气体的浓度,并记录色谱图。4.4数据处理 4.4.2 测试不同压力差(P)下的透气率,绘制P与透气率的关系曲线。取3个有效样品为一组,计算出平均值作为试验结果。5双极板材料抗弯强度测试 5.1.1试验机 任何能满足本标准试验要求的试验机均可。5.1.2 试验夹具 页面 3/17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c
9、 h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m 试验夹具不应引起试样在夹具处断裂。施加负荷时,应满足试样的纵轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合。5.1.3测厚仪和卡尺 测厚仪和卡尺的要求如下:测厚仪:精度为1m,用于测试双极板的厚度;卡尺:精度为0.0 1m m,用于测试双极板的长度和宽度。5.2 样品制备 5.2.1按测试要求截取一定尺寸的送试材料作为样品。注:样品的长度应不小于支座跨距推荐支座跨距可为6 0 m m。5.2.2 样品数量为5个(保证得到3个有效值),应无褶皱、划痕和破损。5.2.3对于不同批次的双极板材料,应
10、分别抽样;单一材料随机抽样,不同材料分别抽样。5.3测试方法 5.3.1测量样品的宽度和厚度,精确度为0.5%。5.3.2 调整支座跨距,将制备好的样品放在支座上,且使试验机压头、支座轴向垂直于试样,参照G B/T1346 5.2-2 0 0 2 应用三点弯曲法对双极板材料抗弯强度进行测试。5.3.3压头以1m m/m i n-10 m m/m i n 的加载速度均匀且无冲击地施加负荷,直至试样断裂,读取断裂负荷值。5.4数据处理 6 双极板材料密度测试 6.1测试仪器和器具 侧试仪器和器具包括:分析天平:精度为0.1m g;温度计:用于侧定空气温度和水温,精度为0.5;金属丝:镍铬铁或铂合金
11、丝,直径小于0.2 m m,用于吊挂试样。页面 4/17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m 6.2 样品准备 6.2.1样品形状为正方形(5c m 5c m),面积为2 5c m2;样品形状和尺寸也可由侧试双方协商决定。6.2.2 样品数量为5个(保证得到3个有效值),应无褶皱、划痕和破损。6.2.3对于不同批次的双极板材料,
12、应分别抽样;单一材料随机抽样,不同材料分别抽样。6.2.4将样品用无水乙醇清洗,晾干,放人干燥器内待用。6.2.5除去镍铬丝和铂丝上的油脂,待用。6.3测试方法 6.3.1在温度为2 5条件下分别称量样品的质量m 1和金属丝的质量m 3.6.3.2 将由该金属丝悬挂着的样品浸人到温度为2 5的蒸馏水中样品浸没于水中但要保持其悬浮于烧杯中,不接触烧杯壁,见图2 所示.用一根细金属丝尽快地除去粘附在样品上的气泡后,称量水中样品质量m 2。参照G B/T7 96 2.2 0-198 7 进行测试。7 双极板材料电阻测试 7.1测试仪器 四探针低阻测量仪:精度为0.1M-c m;低电阻测量仪:精度为0
13、.1m。页面 5/17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m 7.2 样品准备 7.2.1样品形状为正方形(5c m 5c m),面积为2 5c m2,样品形状和尺寸也可由测试双方协商决定。7.2.2 样品数量为5个(保证得到3个有效值),应无褶皱、划痕和破损。7.2.3对于不同批次的双极板材料,应分别抽样;单一材料随机抽样,不同
14、材料分别抽样。7.3测试方法 7.3.1体电阻率测试 7.3.1.1每次测量前应校准测试仪的零点。测量时应避免样品变形、样品表面灰尘等因素的影响。7.3.1.2 用四探针低阻测量仪分别在样品的靠近边缘和中心的至少5个部位测量,记录不同部位体电阻值。7.3.2 接触电阻测试 7.3.2.1按图3所示将样品装在测试装置上。用低阻测量仪测量电阻值,测量电极为镀金的铜电极。测量时将样品两侧放置燃料电池扩散层用的炭纸作为支撑物,以进一步改善接触状况。测试过程中,压力每增加0.1M Pa 记录一个电阻值,直到当前电阻测试值与前一电阻测试值的变化率5%,则认为达到电阻的最小值,停止测试。不同压力下的电阻值记
15、录为R1。注:测最压力范围一般为0.1M Pa-3.0 M Pa,可选取压力为1.5M Pa 时的电阻值.7.3.2.2 按照相同方法,将一张作嫩料电池扩散层用的炭纸放置在两铜电极间并施加一定压力,记录按照7.3.2.1中所述的同样方法测试的不同压力下的电阻值R2。页面 6 /17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m 8 双极板
16、材料腐蚀电流密度测试 8.1 Na i l 试仪器 电化学恒电位测试仪。电化学测试池:采用五口烧瓶,主要用于盛放电解质溶液,电解池材料为玻璃或塑料等耐腐蚀性材料。五口烧 页面 7 /17质子交换膜燃料电池 第6 部分:双极板特性测试方法(G B/T 2 0 0 42.6-2 0 11)链接:w w w.c h i n a-n e n g y u a n.c o m/t e c h/7 3159.h t m l 来源:新能源网 c h i n a-n e n g y u a n.c o m瓶的一个瓶口用于放置和参比电极相连的盐桥,一瓶口用于放置对电极,一瓶口用于放置通气管,中间一瓶口用于放置测试
17、样品制备的工作电极,另一瓶口用于置换溶液。8.2 样品制备 8.2.1按测试要求截取一定尺寸(可以为2 c m X2 c m)有效面积为1c m,的送试材料作为样品。8.2.2 样品数量为5个(保证得到3个有效值),应无褶皱、划痕和破损。8.2.3对于不同批次的双极板材料,应分别抽样;单一材料随机抽样,不同材料分别抽样。8.2.4用乙醇等溶剂清洗样品表面,并在氮气气氛下8 0 干燥10 m i n。8.2.5将电极与样品表面连接,除有效测试面积为1c m,的测试表面外,其余表面予以绝缘密封。注:绝缘密封材料一般采用环氧树脂或者硅胶等。8.3测试过程 8.3.1以样品为工作电极,以饱和甘汞电极(
18、SCE)为参比电极,以铂片或铂丝为辅助电极进行测试。8.3.2 向温度为8 0、含510-6 F-的0.5M 的H 2 SO 3电解质溶液中以2 0 m L/m i n 的流速通人氧气或氢气。8.3.3对样品进行线性电位扫描。扫描速率为2 m V/s,电位扫描范围为-0.5V一0.9V(v s.SCE)8.3.4对测得的极化曲线进行塔菲尔(T a f e l)拟合,塔菲尔直线的交点所对应的电流即为样品的腐蚀电流。8.4数据处理 9双极板部件气体致密性测试 9.1测试仪器 气相色谱仪;渗透池。9.2 样品制备 9.2.1样品的形状和尺寸应由测试方和样品供应方协商确定。样品供应方同时提供双极板及与
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- 质子交换膜燃料电池 第6部分:双极板特性测试方法GBT20042.6-2011 质子 交换 燃料电池 部分 极板 特性 测试 方法 GBT20042 2011
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