路径: 主页 > NB/T > 第8页 > NB/T 42080-2016 | 标准编号 | NB/T 42080-2016 (NB/T42080-2016) | | 中文名称 | 全钒液流电池用离子传导膜 测试方法 | | 英文名称 | Ion conductive membrane for Vanadium flow battery-Test method | | 行业 | 能源行业标准 (推荐) | | 中标分类 | K82 | | 国际标准分类 | 27.070 | | 字数估计 | 21,259 | | 发布日期 | 2016-08-16 | | 实施日期 | 2016-12-01 | | 标准依据 | 国家能源局公告2016年第6号;行业标准备案公告2016年第10号(总第202号) | | 发布机构 | 国家能源局 | NB/T 42080-2016: 全钒液流电池用离子传导膜 测试方法
NB/T 42080-2016 英文名称: Ion conductive membrane for Vanadium flow battery-Test method
中 华 人 民 共 和 国
能 源 行 业 标 准
全钒液流电池用离子传导膜 测试方法
NB/ T 42080 - 2016
1 范围
本标准规定了全钒液流电池用离子传导膜的抽样方法和通用条件以及膜厚度均匀性、含水率、尺
寸变化率、拉伸性能、电导率、膜面电阻、离子选择性系数、抗氧化性等测试方法。
本标准适用于全钒液流电池用各种类型的离子传导膜。
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。
3 术语和定义
GB/T 29840-2013 及 GB/T 20103 界定的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
4 抽样方法和通用条件
样品从同一批次或不同批次中随机抽取。
除非另有规定，否则试验应在本标准规定的环境下进行。对有特殊环境要求的离子传导膜，应按
被测材料的要求，或由供需双方协商确定。
本标准的试验环境条件如下：
--温度：25℃±5℃；
--相对湿度：5%～95%。
每一项测试至少测试 3 次（确保得到 3 个有效值）。
5 测试方法
5.1 样品要求
按照第 4 章的要求进行抽样。用目视法检测，必要时辅以检光箱观察，离子传导膜应无褶皱、表
观缺陷和破损。同一批次的离子传导膜，至少随机抽取 3 个样品进行测试。
5.2 仪器精度要求
本标准中使用的仪器有精度要求的如下：
--厚度测量仪，用于测试离子传导膜的厚度，精度不低于 0.1μm；
--长度测量仪，用于测试离子传导膜的长度和宽度，精度不低于 0.1mm；
--普通烘箱，温度控制精度不低于 1℃；
--分析天平，精度不低于 0.1mg；
--恒温槽，控温精度不低于 0.5℃；
--pH 计，精度不低于 0.01 级；
--紫外可见分光光度计，光度准确度不低于 0.5%T。
5.3 厚度均匀性
5.3.1 测试方法
参照 GB/T 6672 中的方法进行膜厚度的测试。样品的厚度均匀性用平均厚度、厚度最大值与最小
值之差（即最大偏差）以及厚度平均偏差表示。具体的测试要求如下：
取有效面积至少为 10cm×10cm 的膜样品。测量样品四角及中间部位不少于 9 个点的厚度，测量点
分布均匀，且与样品边缘的距离大于 2.5mm。
5.3.2 数据处理
离子传导膜的厚度均匀性采用平均厚度、厚度最大偏差和厚度平均偏差表示。
5.5 尺寸变化率
5.5.1 测试方法
本试验在相对湿度为（50±10）%的条件下进行测试。
按照以下步骤测试膜尺寸变化率：
a） 将样品膜在测试环境条件下放置 24h；
b） 厚度测量：按照 5.3.2 进行厚度测量得到膜厚平均值为 doz；
c） 长度、宽度测量：取另一份 10cm×20cm 的长方形样品膜，在膜长度与宽度方向分别进行标记
x 和 y，测量样品膜记号间的间距为 oxl 及 loy；
d） 将上述两个样品膜按附录 A 方法进行预处理；
e） 将预处理后的样品膜取出，并测量四个角及中间部位的厚度，取其平均值为 dwz；
f） 将预处理后的样品膜取出，通过与预处理前相同的标记方向测量长度和宽度，记号间的间距为 lwx及 lwy。
5.5.2 数据处理
a） 离子传导膜的厚度变化率计算：
5.6 拉伸性能
5.6.1 仪器与设备
仪器与设备包括：
--试验机：任何能满足本部分试验要求的试验机均可。
--试验夹具：试验夹具不应引起试样在夹持处断裂；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。
--测厚仪和卡尺。
5.6.2 样品制备
按照以下步骤制备样品，具体为：
a） 将预处理后的膜沿送试材料长度（x 向）和宽度（y 向）双向分别等间隔裁取，按照 GB/T
1040.3 的规定裁成一定尺寸的哑铃或长条形状。样品边缘应平滑无缺口，可用低倍放大镜检
查缺口，舍去边缘有缺陷的样品。
b） 样品按每个试验方向为一组，每组样品数应满足 3 次有效试验的要求。
c） 按样品尺寸要求准确打印或画出标线。此标线应对样品不产生任何影响。
d） 应在相对湿度为 50%±10%的条件下进行样品测试，放置时间至少为 4h。放置条件也可由测试双方协商确定。
5.6.3 测试方法
a） 每个样品的厚度及宽度应在标距内测量 3 点，取其平均值作为膜的厚度，记为 d。将样品置于
试验夹具中，使样品纵轴与上、下夹具中心连线相重合，并将其夹紧。气动夹具的压强在
0.3MPa～0.7MPa 范围内选取。
b） 试验机的拉伸速度在 50mm/min～200mm/min 范围内选取。
c） 样品断裂后，读取相应的负荷值及相应的标线间伸长值。若样品断裂在标线外的部位时，该次试验无效。
5.6.4 数据处理
根据测出的拉伸曲线读取所需负荷及相应的膜厚度、宽度，根据公式（8）计算出膜的最大拉伸强度。
5.7.1 测试原理
利用高频交流扫描技术测定阻抗，通过快速改变施加在膜两侧的电压方向，消除浓差极化所带来
的误差。离子传导膜可以看作带正电荷或带负电荷的固体电解质体系，存在于膜和溶液界面的双电层
可以等效为物理电容，两者共同组成电阻与电容的串联等效电路。使用电化学工作站的交流阻抗法，
分别测定电解液电阻，以及膜和电解液两者之和的电阻，扣除电解液电阻后，可以得到膜面电阻。
5.7.2 仪器与设备
本试验所需的仪器设备推荐如下：
a） 电化学工作站；
b） 电导率测试装置：主要由两个完全相同的半槽组合成一个整体。半槽带铂电极，通常用有机
玻璃加工而成，设计半槽圆孔的直径为 10mm，槽深 8mm，电导池结构如图 1 所示。
此外，任何满足本试验原理和技术条件的试验设备均可采用。
5.7.3 试剂
本试验需要的化学试剂主要为 3.0mol/L 的硫酸水溶液，按 GB/T 601-2002 中 4.3 给出的有关操作细则。
5.7.4 样品制备
将预处理后的膜裁取一定大小（15mm×15mm）的膜片浸在 3.0mol/L 的硫酸水溶液中，室温下静置
24h，或者在恒温机械振荡器中 40℃振荡 4h 以上。说明：
1--待测膜试样；
2--电导率测试装置半槽；
3--金属铂电极；
4--铜制导出电极；
5--3mol/L 硫酸水溶液；
6--加液孔。
5.7.5 测试方法
5.7.5.1 测试条件
a） 本试验在 25℃±0.5℃的条件下测定。
b） 利用电化学工作站进行测试，参数设置如下：
--检测方法：交流阻抗法；
--扫描频率：1Hz～105Hz；
--振幅：5mV；
--初始电平：0V。
5.7.5.2 测试步骤
按照以下步骤进行膜电导率的测试：
a） 用 3.0mol/L 的硫酸水溶液浸润电导池的内腔室。
b） 将电导池两个半槽接合，用铁夹压紧，用滴管向电导池加液孔滴加 3.0mol/L 的硫酸水溶液并排出气泡。
c） 将电化学工作站的对电极和参比电极的测试线同时夹在电导池一端电极上，工作电极测试线
夹在电导池另一端的电极上；测量电导池阻抗，测试完成后读取与实轴相交的、高频区的电
阻值，即为电导池的空白阻抗 R1。
d） 将预处理后的膜试样夹在两半槽圆孔的中间，重复操作步骤 b）～c），读取数据，即为安装了
膜试样的电导池的阻抗 R2。
e） 重复测量 3 次，记录所有阻抗数据并计算平均值，记为 1R 、 2R 。
f） 按照 5.3 给出的方法测量膜的平均厚度，记为 d。
5.7.6 数据处理
5.7.6.1 电导池中膜电阻按照公式（10）计算如下：
5.8.2 仪器与设备
本试验所需的仪器设备如下：
--恒温槽，控温精度不低于 0.5℃；
--pH 计，精度不低于 0.01 级；
--pH 复合电极；
--磁力搅拌器；
--紫外可见分光光度计，光度准确度不低于 0.5%T；
--传导池由两个完全相同的半槽组合成一个整体，由耐腐蚀性材料加工而成，结构如图 2 所示。
说明：
1--待测膜试样；
2--去离子水；
3--电解液（1.5mol/L VOSO4+3mol/L H2SO4）；
4--磁搅拌子；
5--pH 复合电极；
6--加液口。
图 2 膜对氢离子和钒离子的离子选择性测试装置
此外，任何满足本实验原理和技术条件的试验设备均可采用。
5.8.3 试剂
本试验所用化学试剂如下：
--pH 为 4.00 的邻苯二甲酸氢钾标准溶液；
--pH 为 6.86 的混合磷酸盐标准溶液；
--电解液：成分为含 1.5mol/L VOSO4、3mol/L H2SO4 的溶液；
--去离子水：25℃时，电导率小于 10μS/cm。
5.8.4 测试步骤
对预处理后的膜进行吸光度测试，测试方法参见附录 C，再按照以下步骤进行测试：
a） 把膜放在两个恒温的传导池中间，用螺栓压紧传导池。传导池渗透侧腔室中倒入去离子水，
将搅拌子放入传导池两侧腔室中，并接通磁力搅拌器电源。
b） 将校准后的 pH 计插入渗透侧溶液中。量取与去离子水相同体积的电解液，并倒入电解液侧腔
室中，使两侧溶液高度保持一致。电解液倒入后记录 pH 计的显示值并立即开始计时，此后每
过 1min 记录一个 pH 值，记录至 30min，共 31 个数据点。记录最后一个数据点后将 pH 计从传导池中移开。
c） 用吸管从渗透侧溶液中取出 3mL 溶液并加入比色皿中，用分光光度计测试溶液的吸光度。测试
后将溶液倒回传导池渗透侧。此后每 30min 取样并记录其吸光度，记录 3h，共获得 6 个数据点。
d） 拆卸实验装置，将膜取出，按照本标准 5.3 所述方法测试膜样品的平均厚度。
5.8.5 数据处理
5.8.5.1 根据测得的 pH 值计算氢离子浓度；根据测得的吸光度数据，使用公式（13）计算 VO2+的浓度。
5.9 抗氧化性
5.9.1 测试方法
离子传导膜的抗氧化性反映实际使用过程膜材料稳定性，可以采用两种方法进行定量表征：①五
价钒离子氧化法；②Fenton 试剂氧化法。
注：建议优先选择五价钒离子氧化法。
5.9.2 五价钒离子氧化法
5.9.2.1 测试原理
将离子传导膜浸入含五价钒离子的硫酸水溶液中，一定时间后，通过检测溶液中是否出现四价钒
离子以及四价钒离子浓度增加来间接反映膜被氧化的情况，作为离子传导膜抗氧化性指标。
5.9.2.2 仪器与设备
所使用仪器设备为紫外可见分光光度计。
注：VO2+对于波长在 765.5nm 处的紫外光具有最大吸收峰。
5.9.2.3 试剂
所使用试剂包括：
--去离子水：25℃时，电导率小于 10μS/cm；
--五价钒离子的硫酸水溶液：1.5mol/L 五价钒离子溶液，3mol/L H2SO4。
注：五价钒离子的硫酸水溶液制备方法：将钒离子浓度为 1.5mol/L，硫酸浓度为 3mol/L 的硫酸氧钒溶液置于电
池正极侧进行充电，直到四价钒离子浓度低于紫外可见分光光度计检出下限，表明四价钒离子完全转变为
五价钒离子。所制备的只含五价钒离子的硫酸水溶液，用作浸渍离子传导膜的溶液。
5.9.2.4 测试方法
将预处理后的膜剪取 5cm×5cm 的膜样品置于烧杯中，加入只含五价钒离子的硫酸水溶液 30ml，保
证膜被完全浸没。在室温下浸没 7 天后取出膜，利用紫外分光光度计检测溶液中四价钒离子的浓度，
并与未加入膜的五价钒离子的硫酸水溶液空白样做对比。
NB/ T 42080 - 2016
5.9.2.5 抗氧化性能评价
根据测得紫外可见光分光光度计的吸光度与 VO2+浓度关系，如果检测到溶液吸光度大于仪器检
测下限，则证明溶液中含有四价钒离子。表明该膜被五价钒离子氧化，已经发生高分子材料的局部降解。
5.9.3 Fenton 试剂氧化法
5.9.3.1 测试原理
离子传导膜经 Fenton 试剂氧化法处理，以膜的重量变化和导电性能变化，作为膜抗氧化性表征方法。
5.9.3.2 试剂
--双氧水：分析纯，质量分数为 30%；
--质量分数为 3%的 H2O2 溶液：将质量分数为 30%的双氧水直接稀释 10 倍即得；
--3.0mol/L 的硫酸水溶液；
--硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）：分析纯；
--0.01mol/L 的 Fe2+溶液：称量 6.9508g 硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）溶于烧杯中，在 250mL 容量瓶中定容；
--Fenton 试剂：质量分数为 3%的 H2O2 溶液 50 mL，向其中滴加 0.1mL 0.01mol/L Fe2+溶液，即
配得 Fenton 试剂。Fenton 试剂应现配现用。
5.9.3.3 抗氧化性能评价方法
5.9.3.3.1 质量变化方法
5.9.3.3.1.1 剪取预处理后的膜片段（2cm×2cm），放置烘箱内（70℃～80℃）烘干至前后两次称量质量......
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