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質(zhì)子交換膜的透氣性測試方法

時(shí)間:2024/10/16閱讀:102
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 質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)使用可再生的能源資源-氫氣,是一種綠色、清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的一種新能源動(dòng)力技術(shù),在航空航天、汽車和能源等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池中最重要的部件之一,隨著燃料電池的不斷發(fā)展,對(duì)質(zhì)子交換膜性能的要求也逐漸升高,根據(jù)GB/T 20042.3-2022《質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分:質(zhì)子交換膜測試方法》,質(zhì)子交換膜需要開展的測試項(xiàng)目包括透氣率、拉伸性能、180°剝離強(qiáng)度、厚度、質(zhì)子傳導(dǎo)率、離子交換當(dāng)量等測試項(xiàng)目。本文聚焦燃料電池質(zhì)子交換膜的透氣率測試,對(duì)其測試方法和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞:質(zhì)子交換膜燃料電池 ; PEM ; 質(zhì)子交換膜測試方法 ; 透氣率測試

       質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種不經(jīng)過燃燒,直接將燃料氫與氧反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置,在原理上相當(dāng)于水電解的“逆"裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成,陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所,陰極為氧化劑還原的場所,兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑,質(zhì)子交換膜的功能是傳導(dǎo)質(zhì)子(H+),同時(shí)將陽極的燃料與陰極的氧化劑隔離開。在質(zhì)子交換膜的高分子結(jié)構(gòu)中,含有多種離子基團(tuán),只允許氫離子H+穿過,其它離子、氣體及液體均不能通過。具有能量轉(zhuǎn)化效率高、發(fā)電時(shí)不產(chǎn)生污染、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、無污染等特點(diǎn)。

PEMFC 工作原理


質(zhì)子交換膜透氣率測試方法

        透氣率的定義為恒定溫度和單位壓差下,穩(wěn)定透過時(shí),單位時(shí)間內(nèi)透過試樣單位面積的氣體的體積,主要用于考察氣體在質(zhì)子交換膜中的滲透性能。嚴(yán)格限制質(zhì)子交換膜的透氣率上限,避免小穿孔竄漏量過大,是避免熱失控危險(xiǎn)的重要保證。GB/T 20042.3-2022規(guī)定了使用壓差法進(jìn)行質(zhì)子交換膜的透氣率測試。壓差法透氣率測試對(duì)于測試氣體沒有選擇性,對(duì)不同測試氣體有著很好的通用性。隨著檢測儀器技術(shù)的進(jìn)步,設(shè)備的檢測精度和測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性具有很好的保證。

測試儀器

        我司N530 2.0 氣體透過率測定儀基于壓差法原理設(shè)計(jì)、制造,測試過程中將處理好的樣品放于儀器的上下腔之間,將儀器的高壓腔和低壓腔分離,利用真空泵對(duì)整個(gè)氣路系統(tǒng)進(jìn)行抽真空,高壓腔和低壓腔同時(shí)抽真空至10Pa以下。然后往上腔加入一個(gè)大氣壓的實(shí)驗(yàn)氣體使上下腔之間形成一個(gè)恒定的壓差。在壓力梯度的作用下,氣體通過測試樣品從高壓腔滲透到低壓腔,儀器通過監(jiān)測下腔的壓力變化可自動(dòng)計(jì)算出試樣的氣體透過率、氣體透過系數(shù)等阻隔性能參數(shù)。

N530 2.0 氣體透過率測定儀


        N530 2.0 氣體透過率測定儀配備 3 個(gè)腔體,每個(gè)腔體配置獨(dú)立的傳感器和溫度控制單元,支持三個(gè)相同或不同試樣同步測試,運(yùn)行獨(dú)立,數(shù)據(jù)獨(dú)立,儀器全自動(dòng)操作,一鍵測試,自動(dòng)判斷,自動(dòng)停機(jī),測試效率高。采用自動(dòng)保壓差技術(shù),自動(dòng)保持試樣兩側(cè)的壓力差(保壓壓差可任意調(diào)節(jié)),內(nèi)置高精度壓力傳感器,分辨率達(dá) 0.01 Pa,穩(wěn)定性好,故障率低;采用真空泵,極限壓可達(dá) 0.1 Pa,抽真空效率高、噪音低;同時(shí)采用全新氣動(dòng)氣路控制系統(tǒng),自動(dòng)夾具一鍵式鎖緊試樣,便捷省力??蓽y試O2、CO2、N2、H2等氣體透過率。廣州標(biāo)際提供定制服務(wù),滿足客戶對(duì)測試氣體、壓力、溫度、安全性等方面的不同要求。

        質(zhì)子交換膜燃料電池作為一種將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,其關(guān)鍵零部件的性能直接關(guān)系到電池的使用穩(wěn)定性和可靠性,對(duì)燃料電池堆的整體性能起著決定性的影響,因此通過利用壓差法氣體透過率測定儀來測定質(zhì)子交換膜的透氣率,對(duì)于把控燃料電池的質(zhì)量以及工藝的改進(jìn)、優(yōu)化具有重要的意義。


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