燃料電池核心部件質子交換膜的檢測方法和儀器

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　　質子交換膜燃料電池(簡稱PEMFC)要用質子交換膜當做電解質的燃料電池，是把外面提供 的燃料(氫氣)和空氣中氧化劑(氧氣)的化學變化經過電化學反應立即轉化為電能、熱能與其他化學反應產物的發電裝置。因為車配質子交換膜燃料電池匯聚了氫、熱、電、壓力等全部安全風險，故此，規范GB/T20042.2-2008對質子交換膜燃料電池堆安全系數給出了具體要求及設計方案提醒。質子交換膜當做PEMFC的關鍵部件之一，其每一項性能參數測試就成為了制造業企業對于產品質量控制的重點目標。

　　簡述

　　質子交換膜燃料電池的重要構造包含質子交換膜、兩邊的多孔電極催化劑層和氣體擴散層，及其兩邊構成氣體傳輸通道和電子導體的極板。在其中，質子交換膜是燃料電池的關鍵部件之一。質子交換膜(縮寫為PEM)是一種離子聚合物的半透膜，厚度一般僅為10μm左右，設計方案用以質子傳輸阻隔氧或氫。能傳送質子但是對電子絕緣，發揮傳輸氫離子、阻隔燃料和氧化劑、阻絕電子的作用。故此，PEM決定著燃料電池使用性能、穩定性能經久耐用性，需要具備下面六種基本特性：質子導電率、穩定性能、透氣性能、吸水能力、水電滲透性及其力學強度。

　　目前，國內有關質子交換膜功能測試的標準有GBT20042.3-2022《質子交換膜燃料電池第3部分：質子交換膜檢測方法》。此規范針對質子交換膜的“拉伸強度"、“180°剝離強度"、“氣體透過率"、“氣體透過系數"、“厚度"等性能參數測試，給出了明確的技術要求與檢測方法。我司借這篇文章為新能源行業客戶提供燃料電池質子交換膜的產品功能測試解決方案，期待與行業中的企事業單位增進技術交流與合作。

　　一、氣體阻隔功能測試(氣體透過率/氣體透過系數/透氣率)

　　質子交換膜當做PEMFC的核心部件之一，它可以將陰極和陽極分分開，阻攔燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣)立即相混發生反應。該功能可以使用氣體透過率來判定，氣體透過率越高，則膜的氣體阻隔特性越差，氫氣和氧氣觸碰越多，便會導致電池兩極電勢差就越低，電池的開路電壓也就越低。故此，質子交換膜材料的氣體透過率指標也極為重要，是公司需要重點監管使用性能之一。

　　PB-03壓差法氣體滲透儀，是一款技術專業用以薄膜試樣的氣體透過率測試儀，基于壓差法的測試原理，適用塑料薄膜、復合膜、高阻隔材料、片材、金屬箔片在各種溫度下的氣體透過率、溶解度系數、擴散系數、滲透系數的測定。儀器符合并滿足GBT20042.3-2022《質子交換膜燃料電池第3部分：質子交換膜檢測方法》規范中對質子交換膜的“氣體透過率"和“氣體透過系數"指標的試驗標準，可技術專業用以測試質子交換膜的氣體透過特性，可測試氫氣透過、氧氣透過等。

　　XLW-H 智能電子拉力試驗機

　　二、力學強度測試(拉伸強度/斷裂拉伸/剝離強度)

　　質子交換膜力學強度指標的好壞直接關系到材料本身耐機械損傷的能力，從而影響其機械穩定性及其燃料電池堆使用年限。規范GBT20042.3-2022對“拉伸強度"、“斷裂拉伸應變"、“彈性模量"、“180°剝離強度"指標測試有明確的要求。

　　針對質子交換膜的力學強度測試，推薦使用XLW-H智能電子拉力試驗機完成檢驗。以XLW-H拉力機為例，該儀器是一款技術專業用以測試各種軟質材料拉伸性能等力學特性的電子拉力試驗機，采用0.5級高精密力值傳感器，一臺試驗機集成拉伸、剝離、撕裂、熱封、定伸抗拉、下壓等專業單獨的測試流程，為消費者提供多種多樣檢驗項目分析，可以滿足多種多樣檢測需求。融合規范試驗標準，XLW-H拉力機一臺設備就可以完成質子交換膜的拉伸高度、斷裂拉伸、180°剝離強度測試，同時，配備技術專業穿刺力測試夾具，可以進行膜材的抗穿刺功能測試。一物多用，性價比特別高的。

　　三、厚度測試

　　質子交換膜厚度與燃料電池安全性與特點息息相關，主要是因為質子交換膜的質子傳輸阻力是燃料電池輸出壓降的重要構成之一，厚度大就表示傳輸阻力大特性低，厚度小則非常容易壓傷刺穿;與此同時質子交換膜中的融合水從陰極側反向擴散到陽極側是由兩邊之間的水分含量梯度推動的，厚度小則水分含量梯度大，反向擴散強，從而允許更多的融合水電遷移，提升活性總面積里的電流密度。因此可見，公司對質子交換膜厚度參數確認與監測至關重要。

　　質子交換膜的厚度均一性測試，推薦選用CHY-CA測厚儀進行檢測。CHY-CA是一款高精密、高反復性的機械接觸式精密測厚儀，技術專業適用量程范圍內的薄膜、薄片、紙張、瓦楞紙板、紡織材料、非織造布、固體絕緣材料等各類材料的厚度精密測量。儀器內置了全新一代操控分析系統，實際操作十分友好、數據處理方法智能化;并且支持公司擁有的數據盾系統，為消費者提供極為可靠的檢測報告和檢測報告管理的功能。

　　歸納

　　近些年，新能源技術燃料電池行業的高速發展不斷加快，燃料電池電堆及系統正朝功率大的迅速優化升級，技術實力也會跟著快速提升。產業迅猛發展，再進一步推動了產業的規范性、細節化、明確具體，特別關注燃料電池操控技術的研發與掌控。如果您想了解其他信息內容，可隨時咨詢我們。