質(zhì)子(zǐ)交換膜燃料電池(chí)(PEMFC)使(shǐ)用(yòng)可再(zài)生的(dí)能源(yuán)資源(yuán)-氫氣，是一(yī)種(zhǒng)綠色(sè)，清潔，高效，可(kě)持(chí)續發(fā)展的(dí)一種新(xīn)能源動力技(jì)術(shù)，在(zài)航(háng)空航天(tiān)，汽車和能(néng)源等(děng)行業(yè)具有(yǒu)廣(guǎng)泛的應(yīng)用。質(zhì)子交換膜(mó)(PEM)是(shì)質子(zǐ)交換膜燃料電池中(zhōng)最(zuì)重(zhòng)要的部件之一，隨著(zhuó)燃料(liào)電池的不斷發(fā)展，對(duì)質子交換膜(mó)性能(néng)的(dí)要(yào)求也逐漸升(shēng)高，根據GB/T 20042.3-2022《質子交換(huàn)膜燃(rán)料電(diàn)池(chí) 第3部分(fēn)：質子交換(huàn)膜(mó)測試方法》，質(zhì)子(zǐ)交換膜需要開展的測試項目(mù)包(bāo)括透氣(qì)率，拉伸(shēn)性能，180°剝(bāo)離(lí)強度，厚(hòu)度，質(zhì)子傳(chuán)導(dǎo)率，離子(zǐ)交換當(dāng)量(liáng)等(děng)測試項目。本文(wén)聚焦燃(rán)料電(diàn)池(chí)質子(zǐ)交(jiāo)換(huàn)膜的透氣率測試，對其(qí)測(cè)試方(fāng)法和相(xiāng)關(guān)設(shè)備進行了介紹(shào)。
關(guān)鍵詞(cí)：質(zhì)子交(jiāo)換(huàn)膜(mó);PEM;透(tòu)氣率測試
引言：
質子(zǐ)交(jiāo)換膜燃料電(diàn)池(PEMFC)是一(yī)種不經過(guò)燃(rán)燒，直(zhí)接將(jiāng)燃料氫與氧(yǎng)反應的化(huà)學能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置(zhì)，在原理(lǐ)上(shàng)相當(dāng)於(yú)水電(diàn)解(jiě)的(dí)“逆”裝(zhuāng)置(zhì)。其單(dān)電池(chí)由陽極，陰極和質子交換膜組(zǔ)成，陽極為氫燃料發(fā)生(shēng)氧化(huà)的(dí)場所，陰極(jí)為(wéi)氧(yǎng)化劑(jì)還原(yuán)的(dí)場所，兩(liǎng)極(jí)都含(hán)有加速電極(jí)電化學(xué)反應的催化(huà)劑，質子交換(huàn)膜(mó)的(dí)功能是傳(chuán)導質子(H+)，同時將陽(yáng)極(jí)的燃料(liào)與陰極的(dí)氧(yǎng)化劑隔離開。在質(zhì)子(zǐ)交換(huàn)膜(mó)的高分子(zǐ)結構(gòu)中，含(hán)有(yǒu)多種離(lí)子基(jī)團，隻(zhī)允許氫離(lí)子H+穿過(guò)，其(qí)它(tā)離子，氣體(tǐ)及(jí)液(yè)體均不(bù)能通過。具有(yǒu)能量轉化效率高，發電時不產生(shēng)汙染，結構簡單(dān)，維(wéi)修(xiū)方便(biàn)，無汙(wū)染(rǎn)等(děng)特點。
PEMFC 工作原理
質子交換(huàn)膜透(tòu)氣(qì)率測試方(fāng)法
透氣率(shuài)的(dí)定義為(wéi)恒定溫度(dù)和單位壓(yā)差下，穩(wěn)定透(tòu)過時(shí)，單(dān)位時(shí)間內透(tòu)過(guò)試(shì)樣單位麵積的(dí)氣(qì)體(tǐ)的體(tǐ)積，主要(yào)用(yòng)於(yú)考(kǎo)察(chá)氣體在(zài)質子(zǐ)交(jiāo)換(huàn)膜(mó)中的滲(shèn)透(tòu)性能。嚴格限製質(zhì)子(zǐ)交換(huàn)膜(mó)的透氣率(shuài)上限，避(bì)免小穿孔竄漏量(liáng)過大(dà)，是避免(miǎn)熱(rè)失控危險的(dí)重要(yào)保證。GB/T 20042.3-2022規定了使用壓(yā)差(chà)法進行質子(zǐ)交換膜的(dí)透氣(qì)率(shuài)測(cè)試(shì)。壓(yā)差法(fǎ)透氣(qì)率測試對於測(cè)試氣(qì)體(tǐ)沒有(yǒu)選擇(zé)性，對(duì)不同(tóng)測(cè)試氣體(tǐ)有(yǒu)著很好(hǎo)的通用性。隨著(zhuó)檢(jiǎn)測(cè)儀器(qì)技術(shù)的進步，設(shè)備的檢(jiǎn)測(cè)精度和測試數據的(dí)重復(fù)性(xìng)具有(yǒu)很好(hǎo)的保(bǎo)證。
測試儀器
我司N530 2.0 氣體透過率(shuài)測(cè)定儀基(jī)於壓差(chà)法原理(lǐ)設(shè)計，製造，測試(shì)過程(chéng)中(zhōng)將處(chǔ)理好的樣品放於(yú)儀(yí)器的上(shàng)下(xià)腔(qiāng)之間(jiān)，將(jiāng)儀器的高(gāo)壓腔和(hé)低壓腔(qiāng)分離，利(lì)用真(zhēn)空泵對(duì)整(zhěng)個氣(qì)路係統(tǒng)進(jìn)行抽(chōu)真空，高壓(yā)腔和低(dī)壓(yā)腔同時(shí)抽真(zhēn)空至10Pa以下。然後往上腔(qiāng)加(jiā)入一(yī)個(gè)大氣壓的(dí)實(shí)驗(yàn)氣體使上下(xià)腔之間形(xíng)成(chéng)一個(gè)恒定(dìng)的(dí)壓差。在壓力梯度(dù)的作用下(xià)，氣體通過(guò)測(cè)試樣(yàng)品從(cóng)高壓(yā)腔滲(shèn)透(tòu)到低(dī)壓腔，儀(yí)器通過監測下(xià)腔(qiāng)的壓力變化可(kě)自(zì)動(dòng)計算(suàn)出(chū)試樣的(dí)氣體(tǐ)透(tòu)過率(shuài)，氣(qì)體(tǐ)透過(guò)係(xì)數等(děng)阻隔(gé)性能參數(shù)。
N530 2.0 氣體透(tòu)過(guò)率測定儀(yí)
N530 2.0 氣體透(tòu)過率(shuài)測(cè)定(dìng)儀配備 3 個腔體(tǐ)，每個腔(qiāng)體配置獨立(lì)的(dí)傳感(gǎn)器(qì)和(hé)溫度(dù)控(kòng)製(zhì)單(dān)元，支持(chí)三個相(xiāng)同或(huò)不(bù)同試樣同步測試，運行獨(dú)立，數(shù)據(jù)獨立，儀(yí)器(qì)全自(zì)動(dòng)操作(zuò)，一(yī)鍵測(cè)試(shì)，自動判(pàn)斷，自動停(tíng)機，測試效率(shuài)高(gāo)。采用(yòng)自動保壓(yā)差技術(shù)，自動(dòng)保(bǎo)持(chí)試(shì)樣兩側的壓力(lì)差(保壓壓差(chà)可任(rèn)意(yì)調節)，內置高(gāo)精度壓(yā)力傳感(gǎn)器，分(fēn)辨(biàn)率(shuài)達 0.01 Pa，穩定性好，故(gù)障(zhàng)率(shuài)低；采(cǎi)用真空(kōng)泵，極限壓可(kě)達 0.1 Pa，抽(chōu)真空(kōng)效(xiào)率高(gāo)，噪音(yīn)低(dī)；同時(shí)采用(yòng)全新(xīn)氣動(dòng)氣路控(kòng)製(zhì)係統，自(zì)動夾具(jù)一鍵(jiàn)式鎖(suǒ)緊試樣，便捷(jié)省力，密(mì)封性(xìng)能優秀。可(kě)測(cè)試(shì)O2，CO2，N2，H2等氣體透(tòu)過(guò)率。廣州標際提供(gōng)定製(zhì)服務，滿足客戶對(duì)測試氣(qì)體(tǐ)，壓(yā)力(lì)，溫度，安全(quán)性(xìng)等方麵的(dí)不同(tóng)要(yào)求(qiú)。
總(zǒng)結(jié)與展(zhǎn)望
質子交(jiāo)換(huàn)膜(mó)燃料(liào)電(diàn)池作為一(yī)種將(jiāng)燃料(liào)和氧(yǎng)化(huà)劑中(zhōng)的化(huà)學(xué)能直(zhí)接轉化為電能的(dí)發(fā)電(diàn)裝置，其(qí)關(guān)鍵零部(bù)件(jiàn)的(dí)性能直接(jiē)關係到(dào)電池的使(shǐ)用穩定性和(hé)可靠性，對燃(rán)料(liào)電(diàn)池堆的(dí)整(zhěng)體(tǐ)性能起著(zhuó)決(jué)定(dìng)性的影(yǐng)響，因(yīn)此(cǐ)通過利用(yòng)壓(yā)差法(fǎ)氣體透過率測定(dìng)儀來(lái)測定質子(zǐ)交(jiāo)換膜(mó)的透氣(qì)率，對於把控燃(rán)料(liào)電池的質量(liáng)以及工藝(yì)的改(gǎi)進，優化(huà)具(jù)有重(zhòng)要(yào)的意義。
