原标题：质子交换膜检测仪器设备及测试方法

燃料电池堆关键部件质子交换膜性能测试方案

质子交换膜燃料电池的重要构造包含质子交换膜、两边的多孔电极催化剂层和气体扩散层,及其两边构成气体传输通道和电子导体的极板。在其中,质子交换膜是燃料电池的关键部件之一。质子交换膜(缩写为PEM)是一种离子聚合物的半透膜,厚度一般仅为10μm左右,设计方案用以质子传输阻隔氧或氢。能传送质子但是对电子绝缘,发挥传输氢离子、阻隔燃料和氧化剂、阻绝电子的作用。

因此,PEM决定着燃料电池使用性能、稳定性和经久耐用性,需要具备下面六种基本特性：质子导电率、稳定性能、透气性能、吸水能力、水电渗透性及其力学强度。

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一、质子交换膜气体透过率/质子交换膜气体透过系数/质子交换膜透气率

质子交换膜当作PEMFC的核心部件之一,它可以将阴极和阳极分分开,阻拦燃料(氢气)和氧化剂(氧气)立即相混发生反应。该功能可以使用气体透过率来判定,气体透过率越高,则膜的气体阻隔特性越差,氢气和氧气触碰越多,便会导致电池两极电势差就越低,电池的开路电压也就越低。

因此,质子交换膜气体透过率检测也极为重要,是公司需要重点监管使用性能之一。

气体透过率

在恒定温度和单位压力差下,稳定透过时,单位时间内透过质子交换膜试样单位面积的气体的体积。

气体透过系数

在恒定温度和单位压力差下,在稳定透过时,单位时间内透过试样单位厚度、单位面积的气体的体积。

众测机电研发生产的压差法气体渗透仪用于薄膜试样的气体透过率试验仪,适用塑料薄膜、复合膜、高阻隔材料、片材、金属箔片在各种温度下的气体透过率、溶解度系数、扩散系数、渗透系数的测定。仪器符合并满足GB/T20042.3-2022《质子交换膜燃料电池第3部分：质子交换膜检测方法》规范中对质子交换膜的"气体透过率"和"气体透过系数"指标的试验标准,可技术专业用以测试质子交换膜的气体透过特性,可测试氢气透过、氧气透过等。

质子交换膜透气性测试仪

二、力学强度测试(拉伸强度/断裂拉伸/剥离强度)

质子交换膜力学强度指标的好坏直接关系到材料本身耐机械损伤的能力,从而影响其机械稳定性及其燃料电池堆使用年限。规范GB/T20042.3-2022对"拉伸强度"、"断裂拉伸应变"、"弹性模量"、"180°剥离强度"指标测试有明确的要求。

拉伸强度

在给定温度、湿度和拉伸速度下,在标准质子交换膜试样上施加拉伸力,质子交换膜试样断裂前所承受的最大拉伸力与试样的横截面面积的比值。

弹性模量

质子交换膜中,应力应变曲线上初始直线部分的斜率。

断裂拉伸应变

质子交换膜试样发生断裂时,原始标距单位长度的增量。

质子交换膜力学强度测试,推荐使用众测机电研发生产的电子拉力试验机TST-02H成质子交换膜的拉伸高度、断裂拉伸、180°剥离强度测试,同时,配备技术专业穿刺力测试夹具,可以进行膜材的抗穿刺功能测试。

电子拉力试验机

三、质子交换膜厚度检测

质子交换膜厚度与燃料电池安全性与特性相关,主要是因为质子交换膜的质子传输阻力是燃料电池输出压降的重要构成之一,厚度大就表示传输阻力大特性低,厚度小则非常容易压伤刺穿;与此同时质子交换膜中的融合水从阴极侧反向扩散到阳极侧是由两边之间的水分含量梯度推动的,厚度小则水分含量梯度大,反向扩散强,从而允许更多的融合水电迁移,提升活性总面积里的电流密度。

因此可见,公司对质子交换膜厚度参数检测也至关重要。

质子交换膜厚度均匀性测试,推荐选用众测机电研发生产的测厚仪THK-01进行检测,本厚度检测仪是一款高精密、高反复性的机械接触式精密测厚仪

交换膜测厚仪

近些年,新能源技术燃料电池行业的高速发展不断加快,燃料电池电堆及系统正朝功率大的迅速优化升级,技术实力也会跟着快速提升。产业迅猛发展,再进一步推动了产业的规范性、细节化、明确具体,特别关注燃料电池操控技术的研发与掌控。想了解更多质子交换膜检测仪器及相关试验方法,可咨询济南众测机电！