[PDF] GB/T 20042.5-2009 - 自动发货. 英文版
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| GB/T 20042.5-2009 | 295 | GB/T 20042.5-2009 | 9秒内发货PDF | 质子交换膜燃料电池 第5部分：膜电极测试方法 |
| 基本信息 | |
|---|---|
| 标准编号 | GB/T 20042.5-2009 (GB/T20042.5-2009) |
| 中文名称 | 质子交换膜燃料电池 第5部分：膜电极测试方法 |
| 英文名称 | Proton exchange membrane fuel cell - Part 5: Test method for membrane electrode assembly |
| 行业 | 国家标准 (推荐) |
| 中标分类 | K82 |
| 国际标准分类 | 27.070 |
| 字数估计 | 24,296 |
| 发布日期 | 2009-04-21 |
| 实施日期 | 2009-11-01 |
| 引用标准 | GB/T 6672-2001; GB/T 19596; GB/T 20042.1 |
| 标准依据 | 中华人民共和国国家标准批准发布公告2009年第6号(总第146号) |
| 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 |
| 范围 | GB/T 20042的本部分规定了质子交换膜燃料电池膜电极(MEA)测试方法的术语和定义、厚度均匀性测试、Pt担载量测试、单电池极化曲线测试、透氢电流密度测试、活化极化过电位与欧姆极化过电位测试、电化学活性面积测试。本部分适用于各种类型的质子交换膜燃料电池。 |
GB/T 20042.5-2009: 质子交换膜燃料电池 第5部分：膜电极测试方法
GB/T 20042.5-2009 英文名称: Proton exchange membrane fuel cell -- Part 5: Test method for membrane electrode assembly
ICS ２７．０７０
K８２
中华人民共和国国家标准
GB/T ２００４２．５-２００９
质子交换膜燃料电池
第５部分：膜电极测试方法
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
１ 范围
GB/T ２００４２的本部分规定了质子交换膜燃料电池膜电极（ＭＥＡ）测试方法的术语和定义、厚度均
匀性测试、Ｐｔ担载量测试、单电池极化曲线测试、透氢电流密度测试、活化极化过电位与欧姆极化过电
位测试、电化学活性面积测试。
本部分适用于各种类型的质子交换膜燃料电池。
２ 规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T ２００４２的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文
件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成
协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本
部分。
GB/T ６６７２-２００１ 塑料薄膜和薄片 厚度测定 机械测量法（ISO ４５９３：１９９３，ＩＤＴ）
GB/T １９５９６ 电动汽车术语（GB/T １９５９６-２００４，ISO ８７１３：２００２，ＮＥＱ）
GB/T ２００４２．１ 质子交换膜燃料电池 术语
３ 术语和定义
GB/T １９５９６和GB/T ２００４２．１确立的以及下列术语和定义适用于本部分。
４．３．１ 样品在温度为２５℃±２℃，相对湿度（ＲＨ）为５０％±５％条件下放置１ｈ。
４．３．２ 首先校准测试仪的零点，再进行测试。测试时应避免造成样品折皱、破损。测试过程测试头施
加在样品表面的压强为５Ｎ／ｃｍ２。
４．３．３ 样品测试点不少于９个，且均匀分布，测试点距离样品边缘应大于５ｍｍ。
４．４ 数据处理
样品的厚度均匀性用厚度最大值与最小值之差以及厚度相对偏差表示。
５．３．１ 试剂和材料
５．３．１．１ 浓硫酸（９８％），优级纯。
５．３．１．２ 浓盐酸（３７％），优级纯。
５．３．１．３ 浓硝酸（６８％），优级纯。
５．３．１．４ 二次蒸馏水，电阻率≥１８．２ＭΩ·ｃｍ。
５．３．１．５ ３０％双氧水，分析纯。
５．３．１．６ 具盖刚玉坩埚。
５．３．２ 待测样品处理
５．３．２．１ 干燥。取面积为２０ｃｍ２ 的 ＭＥＡ样品，置于８０℃±２℃烘箱中干燥４ｈ。
５．３．２．２ 制样。用游标卡尺准确测量其长度和宽度后，将其剪碎放入刚玉坩埚中。
５．３．２．３ 样品氧化灰化。将装有样品的具盖坩埚放入马弗炉，先在４００℃～５００℃的空气氛围中氧化
碳化６ｈ，再升温至９００℃～９５０℃进行氧化灰化１２ｈ后，冷却到室温。
５．３．２．４ 样品硝化。将经过氧化灰化后的样品用二次蒸馏水润湿后，沿坩埚壁缓慢加入５ｍＬ～
１２ｍＬ浓硫酸和浓硝酸混合液。其中，浓硫酸与浓硝酸体积比为１∶３。８０℃加热硝化，当酸体积浓缩
到一半后，再加入适量的浓硫酸和浓硝酸和０．２ｍＬ～０．６ｍＬ的３０％的双氧水，继续８０℃加热硝化，
如此循环往复，直至溶液接近透明，没有悬浮物为止。
５．３．２．５ 样品溶解。样品充分硝化后，再沿坩埚壁加入适量新配制的王水，８０℃加热直到样品溶液完
全澄清透明为止。
５．３．２．６ 测试样配制。将上述样品完全转移至适量容积的容量瓶中，用二次蒸馏水定容作为测试样的
初始体积，测试时取适量该溶液按一定比例稀释到测试需要的浓度。
６ 单电池极化曲线测试
６．１ 样品制备
ａ） 样品尺寸：膜电极样品有效面积为５０ｃｍ２，并对样品有效面积之外的四周进行密封处理；
ｂ） 测试样品应无油污、无折皱，也不应有缺陷和破损；
ｃ） 样品数应满足３次有效试验的要求。
６．２ 测试仪器和设备
６．２．１ 端板：抗压强度应满足质子交换膜燃料电池单电池组装力的要求。
６．２．２ 流场板与集流板：流场板为带有电脑刻绘的蛇形流场的纯石墨板，集流板采用镀金或镀银不锈
钢板。
６．２．３ 燃料电池测试平台：质子交换膜燃料电池测试平台示意图如图１所示。
１---电池；
２---增湿罐；
３---气水分离罐；
４---流量计；
５---外电路；
６---压力表；
７---尾排阀；
８---放水阀；
９---Ｈ２ 质量流量控制器（ＭＦＣ）；
１０---Ａｉｒ／Ｏ２ 质量流量控制器（ＭＦＣ）。
注：反应气体经减压后，由质量流量计控制入口流量，进入各自的鼓泡增湿器后进入电池，电化学反应产物（水）随
着尾气进入气水分离器与尾气分离后分别排放。电池和两个增湿器的温度分别由自动控制温度仪控制，外电
路系统通过连接电子负载控制电流的输出。其中，电流表调节精度不低于０．１Ａ；电压表量程：≥２Ｖ，调节时
间≤１００ｍｓ。Ｈ２ 质量流量控制器（ＭＦＣ）：精度≥±１％ＦＳ；Ａｉｒ／Ｏ２ 质量流量控制器：精度≥±１％ＦＳ。温控表
量程：室温-２００℃，精度≥±１℃。压力表：精度≥±１％ＦＳ。
图１ 质子交换膜燃料电池测试平台示意图
６．３ 测试气体和水
６．３．１ Ｈ２：纯度≥９９．９９９％的压缩纯 Ｈ２，经过鼓泡增湿，并进行管线保温后进入测试电池。
６．３．２ 氧化剂：由纯度为９９．９９９％的高纯氮气和高纯氧配制成标准空气，其中氧气含量２１％。经过鼓
泡增湿，并进行管线保温后进入测试电池。
６．３．３ 增湿用去离子水：电导率＜０．２５μＳ／ｃｍ。
６．４ 电池组装
根据定位孔位置，按顺序将端板、集流板、流场板及 ＭＥＡ进行组装，按照图２所示顺序，使用紧固
螺栓、螺帽以及渐进型力矩扳手对电池进行夹紧处理。
６．５ 电池试漏
６．５．１ 湿式浸水法。堵住电池阴极的入口、出口以及阳极的出口，向阳极的入口通入一定压力的测试
气体（如Ｈ２，空气或Ｎ２）。待气体流量稳定后，将电池完全浸没于水中，使用目测法，检查水中是否有气
泡冒出，并根据气泡冒出的部位来判断电池是否有漏气、漏气的程度以及漏气的部位。取出电池，干燥
后，进行相应的密封处理。
注：推荐测试气体压力≤０．１ＭＰａ。
６．５．２ 压差试漏法。如果没有检测到外漏，对电池进行干燥处理后，堵住电池阳极的入口，按照图３方
法连结电池的气体接口与具有刻度的Ｕ型管压差计，即堵住电池的阳极入口，向阴极入口通入一定压
力的测试气体，将阴极出口与Ｕ型管一端相连接，阳极出口与Ｕ型管的另一端连接，连接过程中应注意
做好密封，防止气体泄漏。根据 Ｕ型管压差计两侧的水位差，检测电池的漏气程度。Ｕ型管水位差
ΔH 越小，表示电池的 ＭＥＡ串气越严重。
图３ 压差试漏法示意图
注：在采用压差试漏法时，要求做到如下两点：
（１）控制并记录阴极入口的压力，确保Ｕ型管中的水不进入电池。
（２）检测气体压力必须稳定，否则无法读取稳定的压差，也无法判断压差是由于气体压力不稳所导致，还是由
于 ＭＥＡ串气所导致。
６．６ 单电池活化
６．６．１ 将单电池安装到燃料电池测试平台上。
６．６．２ 以反应气体为活化介质，按照下列操作工况对单电池进行活化：
注：电池的活化条件也可由样品提供方提供，或由测试方和样品提供方双方协商确定。
６．７ 极化曲线测试
６．７．１ 电池操作条件
单电池的极化曲线测试分为常压与加压测试两种。
注：电池测试条件（包括增湿条件、压力以及电池温度等）也可由供样方提供或者由供样方和测试方协商确定。
６．７．２ 单池极化曲线测试
６．７．２．１ 在规定电池操作条件下，采取恒定电流方式，按照表１中的运行参数测试单池输出电流和电
压。从电池开路开始，电流密度每增加５０ｍＡ／ｃｍ２～１００ｍＡ／ｃｍ２，恒电流放电１５ｍｉｎ，记录电压值。
６．７．２．２ 当电池工作电压低于０．２Ｖ时终止测试。
６．７．２．３ 前一次极化曲线测试结束时间超过０．５ｈ后，重复测试第二次，每个单电池至少测试三次极
化曲线。
６．８ 数据整理
６．８．１ 按极化曲线测试中记录的电压、电流结果，绘制放电电压与电流密度的关系曲线。
６．８．２ 按照公式（８）计算单电池功率密度。
７ 透氢电流密度测试
７．１ 测试仪器
７．１．１ 电化学恒电位扫描仪：电流量程应能满足测试需要。
７．１．２ 质子交换膜燃料电池评价平台：要求同６．２．３。
７．２ 样品制备
ａ） 样品尺寸：有效面积≥５ｃｍ２。并对样品有效面积之外的四周进行密封处理；
ｂ） 测试试样应无油污、无折皱、缺陷和破损；
ｃ） 样品数应满足３次有效试验的要求。
７．３ 实验方法
７．３．１ 将膜电极样品按照６．４相同的方法组装为单电池，并按照图１所示的示意图安装在燃料电池评
价系统中，控制电池温度为７５℃±２℃。
７．３．３ 控制电池出口背压为０．２ＭＰａ。
７．３．４ 在测试所要求的温度、湿度和压力下稳定４ｈ后，以阳极作为对电极和参比电极，阴极作为工作
电极，将上述单电池组件与电化学系统进行连接。按照下列实验条件进行透氢电流的电化学检测，记录
透氢电流随时间的变化曲线Ｉ-ｔ。
测试透氢电流实验条件：
７．４ 数据整理
典型的透氢电流测试曲线如图４所示：
８ 活化极化过电位与欧姆极化过电位测试
８．１ 测试仪器
８．１．２ 燃料电池用可控电子负载：电流调解精度≤０．１Ａ。
８．２ 测试样品
ａ） 样品尺寸：≥２５ｃｍ２；
ｂ） 测试试样应无折皱，也不应该有缺陷和破损；
ｃ） 样品数应满足３次有效试验的要求。
８．３ 测试方法
采用电流中断技术进行测试。
８．３．１ 将膜电极测试样品按照６．４中方法组装为单电池，并按照６．５及６．６所述方法进行单电池试
漏和活化。
８．３．２ 按照图５的电路示意图，将示波器接入燃料电池测试系统，控制操作条件如下：
８．３．３ 调节电子负载，使电池在６００ｍＡ／ｃｍ２ 电流密度下稳定运行至少２ｈ。
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相关标准: GB/T 20042.6|GB/T 20042.7|GB/T 20042.2|GB/T 20042.3|GB/T 20042.5-2009|GB/T 20042.5|