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| 标准编号 | GB/T 20042.6-2024 (GB/T20042.6-2024) | | 中文名称 | 质子交换膜燃料电池 第6部分：双极板特性测试方法 | | 英文名称 | Proton exchange membrane fuel cell -- Part 6: Test method of bipolar plate properties | | 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 | 34,353 | | 发布日期 | 2024-03-15 | | 实施日期 | 2024-10-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 20042.6-2011 | | 起草单位 | 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、上海神力科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、潍柴动力股份有限公司、同济大学、华北电力大学、中国质量认证中心、上海捷氢科技股份有限公司、上海治臻新能源股份有限公司、新源动力股份有限公司、浙江华熔科技有限公司、新研氢能源科技有限公司、上海电气集团股份有限公司、海卓动力(青岛)能源科技有限公司、中山市深中标准质量研究中心、北京长征天民高科技有限公司、上海骥翀氢能科技有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、上海韵量新能源科技有限公司、特嗨 | | 归口单位 | 全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC 342) | | 提出机构 | 中国电器工业协会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 20042.6-2024: 质子交换膜燃料电池 第6部分：双极板特性测试方法
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 20042.6-2011
质子交换膜燃料电池
第6部分:双极板特性测试方法
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件规定了质子交换膜燃料电池双极板材料的抗弯强度、密度、电阻和腐蚀电流密度等测试方
法;双极板部件的面积利用率、厚度均匀性、槽深均匀性、平面度、相对平整度、接触电阻、气密性等测试
方法。
本文件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。
注:双极板材料及双极板部件的界定如下:
a) 双极板材料:与成品双极板材料状态一致的板材;
b) 双极板部件:与使用状态一致的成品双极板。
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。
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3 术语和定义
GB/T 20042.1-2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
4 双极板材料抗弯强度测试
4.1 测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具:
---试验机:精度满足0.5级要求;
---试验夹具:不应造成样品破坏;施加负荷时,应满足样品的纵轴与通过夹具中心线的拉伸方向
重合;
---试验压头:半径5.0mm±0.1mm;
---测厚仪:精度为1μm,用于测量样品的厚度;
---游标卡尺:精度为0.02mm,用于测量样品的长度和宽度。
4.2 样品准备
4.2.1 样品的宽度为25mm±0.5mm、长度为60mm±1mm,样品尺寸也可由测试双方协商决定。
样品各处厚度与厚度平均值的偏差不应大于2%,宽度与宽度平均值的偏差不应大于3%,样品截面应
是矩形且无倒角。对于经过辊压成型的样品,应在样品平行于辊轴和垂直于辊轴两个方向上分别进行
试验。
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 对于不同批次的样品,应分别抽样。
4.3 测试方法
4.3.1 沿样品长度方向测量宽度和厚度各3次,分别取其平均值。
4.3.2 调整支座跨距为40mm±0.3mm,将制备好的样品对称地放在两个支座上,且使试验机压头、支
座轴向垂直于样品,按照GB/T 13465.2应用三点弯曲法对样品抗弯强度进行测试。
4.3.3 压头以1mm/min的加载速度均匀地给样品施加负荷,直至样品断裂,读取断裂负荷值。
4.4 数据处理
5 双极板材料密度测试
5.1 测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具:
---分析天平:精度为0.1mg;
---温度计:分度值为0.5℃,用于测定空气温度和水温;
---金属丝:镍铬铁或铂合金丝,也可由测试双方协商决定,直径小于0.2mm,用于吊挂样品。
5.2 样品准备
5.2.1 样品形状为正方形(5cm×5cm),面积为25cm2;样品形状和尺寸也可由测试双方协商决定。
5.2.2 用乙醇等溶剂清洗样品表面并干燥。
5.2.3 除去金属丝上的油脂。
5.2.4 样品数量为5个(保证得到3个有效值)。
5.2.5 对于不同批次的样品,应分别抽样。
5.3 测试方法
按照GB/T 4472-2011中4.2.3的静水力学称量法规定的方法进行试验。
5.4 数据处理
样品的密度按照GB/T 4472-2011中4.2.3.4规定的方法进行数据处理。
取3个有效样品为一组,计算出平均值作为试验结果,保留两位小数。
6 双极板材料电阻测试
6.1 测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具:
---四探针低阻测量仪:精度为0.1mΩ·cm;
---测厚仪:精度为1μm,用于测量样品的厚度;
---低电阻测量仪:直流模式,精度为0.01mΩ;加压装置精度满足0.5级要求。
6.2 样品准备
6.2.1 样品形状为正方形(5cm×5cm),面积为25cm2;样品形状和尺寸也可由测试双方协商决定。
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 对于不同批次的样品,应分别抽样。
6.3 测试方法
6.3.1 平面电阻率测试
6.3.1.1 每次测试前应校准测试仪的零点。测试时应避免样品变形、样品表面灰尘等因素的影响。
6.3.1.2 用四探针低阻测量仪分别在样品靠近边缘和中心的至少5个部位测试,记录不同部位平面电
阻率值。
6.3.2 垂直电阻率测试
6.3.2.1 用低电阻测量仪测试电阻值,测试电极为镀金的铜电极。镀金铜电极与导线之间的连接方式
由测试双方协商决定,将低电阻测量仪对测试结果的影响降至最低。
6.3.2.2 使用测厚仪测量样品厚度,测量位置不少于3个。
6.3.2.3 按图1所示将样品安装在测试装置上。测试时在样品两侧放置5cm×5cm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0.1MPa记录一个电阻值,直到当前电阻测试值
相对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录
为Rm。
6.3.2.4 每次测试使用同种规格的新炭纸,试验报告中应注明炭纸厂家及型号。
注:测试电流密度为40mA/cm2 或由测试双方协商决定。测试压力范围一般为0.1MPa~2.0MPa,选取压力为
1.5MPa时的电阻值,或由测试双方协商决定。
6.3.3 接触电阻测试
6.3.3.1 用低电阻测量仪测试电阻值,测试电极为镀金的铜电极。镀金铜电极与导线之间的连接方式
由测试双方协商决定,将低电阻测量仪对测试结果的影响降至最低。
6.3.3.2 按图1所示将样品安装在测试装置上。测试时在样品两侧放置5cm×5cm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0.1MPa记录一个电阻值,直到当前电阻测试值
相对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录
为R1。
6.3.3.3 按照相同方法,将1张5cm×5cm炭纸放置在两镀金铜电极间,按照6.3.3.2中所述的方法测
试,记录不同压力下的电阻值R2。
6.3.3.4 每次测试使用同种规格的新炭纸,试验报告中应注明炭纸厂家及型号。
注:测试电流密度为40mA/cm2,或由测试双方协商决定。测试压力范围一般为0.1MPa~2.0MPa,选取压力为
1.5MPa时的电阻值,或由测试双方协商决定。
注:样品以在其两侧的炭纸作为支撑物,放置在两块镀金铜电极之间。在镀金铜电极两侧施加一定的压力,通过记
录不同压力下的电流和电压值,得到不同施加压力下的电阻值。支撑物采用炭纸,电极采用镀金铜电极。
6.4 数据处理
6.4.2 样品的垂直电阻率按照公式(3)和公式(4)进行计算:
7 双极板材料腐蚀电流密度测试
7.1 测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具:
---电化学恒电位测试仪;
---电化学测试池:测试池容量至少300mL,用于盛放电解质溶液,材料为玻璃或塑料等耐腐蚀性
材料。
注:测试池如图2所示,电解质溶液容量为测试池容量的三分之二。测试池侧面留有开口a,测试时用于放置样品
作为工作电极,利用样品对开口a进行密封,样品与电解质溶液接触侧的有效面积至少为1cm2,或由测试双方
协商决定。测试池上部设有五个开口:开口b用于放置与参比电极相连的盐桥、开口c用于放置通气管、开口
d用于放置出气管、开口e用于放置辅助电极、开口f用于置换溶液,开口a、b、e呈一字排布。辅助电极正对工
作电极表面,间距8cm~10cm。通气管远离侧壁,下端距离电极至少5cm。盐桥为鲁金毛细管盛装饱和KCl
琼脂溶液所构成的体系,毛细管下端放置在距离工作电极表面1mm~3mm处。参比电极与盐桥相连以减小
液体接界电势,下端在电解质溶液液面以上至少5mm处。测试池配备控温装置,控温偏差在±2℃以内,控温
装置如需插入电解质溶液,则远离电极至少5cm。
7.2 样品准备
7.2.1 裁取一定尺寸送试材料作为样品,保证样品有效面积至少为1cm2。
7.2.2 用乙醇等溶剂清洗样品表面,并在80℃氮气环境下干燥10min。
7.2.3 按照电解池侧面开口形状对样品进行密封,保证试验时不会漏液。
7.2.4 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。
7.2.5 对于不同批次的样品,应分别抽样。
7.3 测试方法
7.3.1 开路电位测试
7.3.1.1 以样品为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以铂片或铂网为辅助电极进行测试;参比电
极类型也可由测试双方协商决定。
7.3.1.2 向温度为80℃、F-含量为0.1mg/L、pH=3的H2SO4 电解质溶液中以20mL/min的流速通
入空气或氢气。通气15min后,体系稳定即可开始试验。
注:使用NaF、KF或 HF等含F溶液。相关化学品使用操作按照《危险化学品安全管理条例》要求执行。下文涉及
F-要求与此要求相同。
7.3.1.3 分别在模拟阴极、阳极环境下进行开路电位测试,测试持续至少30min且电位在2min内变
化不超过5mV可认为稳定,即可开始腐蚀电流密度测试。动电位测试和恒电位测试前均需执行一次
该测试。
7.3.2 动电位测试
7.3.2.1 以样品为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以铂片或铂网为辅助电极进行测试;参比电
极类型也可由测试双方协商决定,线性电位扫描范围根据所用参比电极类型进行相应转换。
7.3.2.2 向温度为80℃、F-含量为0.1mg/L、pH=3的H2SO4 电解质溶液中以20mL/min的流速通
入空气或氢气,以模拟燃料电池阴极或阳极环境。通气体15min后,体系稳定即可开始试验。
7.3.2.3 对样品进行线性电位扫描,扫描速率为2mV/s,电位扫描范围为-0.5V~1.4V(vs.SCE),不
同气体环境下分别记录试验数据。
7.3.2.4 对测得的线性电位扫描曲线进行塔菲尔(Tafel)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。
7.3.3 恒电位测试
7.3.3.1 以样品为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以铂片或铂网为辅助电极进行测试。参比电
极类型也可由测试双方协商决定,测试电位根据所用参比电极类型进行相应转换。
7.3.3.2 向温度为80℃、F-含量为0.1mg/L、pH=3的H2SO4 电解质溶液中以20mL/min的流速通
入空气或氢气,以模拟燃料电池阴极或阳极环境。
7.3.3.3 对模拟阴极和阳极环境中的样品分别施加0.6V(vs.SCE)和 -0.1V(vs.SCE)的电位,并保
持至少4h,实际时间也可由测试双方协商决定。
7.3.3.4 对测得的极化曲线进行数据处理,选取曲线最后5min腐蚀电流的平均值为恒电位下的稳定
腐蚀电流。
7.4 数据处理
样品的腐蚀电流密度按照公式(6)进行计算:
8 双极板部件面积利用率测试
8.1 测试仪器
测试仪器包括轮廓测量仪,精度为5μm。
注:所有能实现轮廓测量的仪器设备均可。
8.2 样品准备
8.2.1 样品为完整双极板,数量为5个(保证得到3个有效值),应无褶皱、划痕和破损。
8.2.2 对于不同批次的样品,应分别抽样。
8.3 测试方法
8.3.1 在25℃±2℃条件下进行测试。
8.3.2 用透明板施加一定的压力将样品压平,透明板的尺寸大于样品尺寸,透明板的材质、厚度及压力
由测试双方协商决定。
8.3.3 利用轮廓测量仪测量样品平面投影的外围轮廓包含的几何面积,为样品总面积S0。
8.3.4 由测试委托方提供与样品相匹配的膜电极的阴极活性面积,作为样品......
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