深入了解燃料電池用碳紙的力學(xué)性能——碳紙彎曲、剝離力學(xué)性能的測定

隨著對(duì)環(huán)保和可再生能源需求的不斷增加，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）作為一種新型綠色能源，日益受到人們的關(guān)注和重視。作為PEMFC的核心組件之一，膜電極組件（MEA）中的氣體擴(kuò)散層（GDL）起著重要作用。而碳紙作為GDL的一種常用基材，具有高導(dǎo)電性、耐腐蝕性和出色的尺寸穩(wěn)定性，因此備受研究者和生產(chǎn)廠家的青睞。

其中，常用的 GDL 基材主要有: 碳紙?zhí)疾?、炭黑紙、金屬材料等，其中碳紙因其具有高?dǎo)電性、耐腐蝕性及其出色的尺寸穩(wěn)定性，是作為 GDL基材的理想材料。

本文科準(zhǔn)測控小編將介紹碳紙強(qiáng)度性能的檢驗(yàn)方法--碳紙材料進(jìn)行三點(diǎn)彎曲和 180°剝離強(qiáng)度測試。

一、測試目的

了解碳紙強(qiáng)度性能的檢驗(yàn)方法對(duì)于開發(fā)和規(guī)模化生產(chǎn)具有重要意義，因?yàn)榫哂休^好強(qiáng)度的碳紙不僅可以為MEA的安裝提供保障，還可以穩(wěn)定整個(gè)電極的結(jié)構(gòu)，延長燃料電池的使用壽命。

二、測試標(biāo)準(zhǔn)

《GB/T 20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池第7部分碳紙?zhí)匦詼y試方法》

三、測試辦法

1、碳紙三點(diǎn)彎曲測試

1）測試儀器

A、萬能試驗(yàn)機(jī)

B、三點(diǎn)彎曲夾具

2）試驗(yàn)條件

試驗(yàn)溫度:室溫20C左右

試驗(yàn)夾具:1KN 塑料三點(diǎn)彎曲夾具

載荷傳感器:50N (0.5級(jí))

試驗(yàn)速率:5mm/min

3）測試過程及結(jié)果

本次測試中寬度為5mm，試樣平均厚度為0.18 mm，參考《GB/T20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池第7部分碳紙?zhí)匦詼y試方法》的部分要求和客戶的個(gè)性需要，碳紙三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)選擇1KN 塑料三點(diǎn)彎曲夾具，上下支輥半徑5mm，下跨距設(shè)定為 60mm。根據(jù)碳紙輕薄脆弱的特點(diǎn)和客戶要求，設(shè)定預(yù)加載為0.01N，隨后以5 mm/min 的速度開始加載直到載荷值掉落，測試結(jié)束后獲取斷裂點(diǎn)載荷，并通過編輯公式獲取抗彎強(qiáng)度。

抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

式中

To- 抗彎強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa);

F-彎曲斷裂負(fù)荷值單位為牛(N);

L-支座跨距，單位為毫米(mm);

Wcp- 試樣的寬度，單位為毫米(mm);

d-在一定壓強(qiáng)下，樣品的平均厚度,單位為毫米(mm)。

2、碳紙 180°剝離測試

1）測試儀器

A、萬能試驗(yàn)機(jī)

B、180°剝離夾具

2）試驗(yàn)條件

試驗(yàn)溫度:室溫20°C左右

試驗(yàn)夾具:1KN氣動(dòng)雙推夾具

載荷傳感器:100N (0.5 級(jí))

試驗(yàn)速率:10 mm/min

3）測試過程及結(jié)果

剝離試樣碳紙本體厚度為0.18 mm，寬度為 10 mm，根據(jù)碳紙本身特性和碳紙客戶的要求，測試選用1KN氣動(dòng)拉伸夾具來完成拉伸測試。上夾具夾住膠帶引出端，下夾具夾住基板下部。根據(jù)碳紙輕薄脆弱的特點(diǎn)，設(shè)定預(yù)加載為 0.005 kef，然后以10 mm/min，設(shè)定到膠帶從碳紙上完成剝離。記錄下一定行程中碳紙的平均載荷與剝離強(qiáng)度。其中剝離強(qiáng)度(kgf/cm)=剝離平均載荷(kgf)/剝離寬度 (cm)。

總結(jié)

綜上所述，使用萬能試驗(yàn)機(jī)，配合專用夾具和附件，能夠滿足《GB/T 20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池 第7部分碳紙?zhí)匦詼y試方法》的部分要求和行業(yè)客戶的測試要求，配合三點(diǎn)彎曲.180°剝離各種不同的夾具與附件，可以滿足客戶對(duì)碳紙進(jìn)行抗彎，抗剝離強(qiáng)度測試的需要。

以上就是小編介紹的燃料電池用碳紙彎曲、剝離力學(xué)性能的測定內(nèi)容，希望可以給大家?guī)韼椭∪绻€想了解更多關(guān)于燃料電池用碳紙拉伸壓縮測試、專用碳紙的制備和性能測試等問題，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們留言和私信，科準(zhǔn)測控技術(shù)團(tuán)隊(duì)為您免費(fèi)解答！