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氫燃料電池碳紙關鍵性能測試解決方案
發布時間:2025-03-20 播放次數24次
視頻簡介

氫燃料電池炭紙關鍵性能測試

  氫燃料電池,是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的一種類型,是用質子交換膜將陽極氫氣和陰極氧氣的化學能通過電化學反應,轉化為電能、熱能和其他反應產物的發電裝置,具有效率高、環境友好的特點。

  炭紙,是氫燃料電池膜電極氣體擴散層的常用材料,承擔著支撐催化劑層,傳遞氫氣、氧氣以及反應產物的重任。要求材料:1、具有適宜的孔隙分布以利于反應氣體的傳導;2、具有良好的強度以支撐催化層;3、具有合適的厚度,以實現強透氣、強支撐和低成本三方面兼顧。

1、透氣性

  在適宜的孔隙率和孔分布情況下,炭紙應具有良好的透氣性。但由于技術與工藝的差異,目前炭紙透氣性并沒有統一的指標要求,故目前大多企業參考《GB/T 20042.7-2014 質子交換膜燃料電池 7部分:炭紙特性測試方法》,對炭紙材料的透氣性進行自我評估。

  測試方面,將炭紙樣品密封裝夾在透氣度儀的測試腔內,使兩側形成密閉的氣室,流入氣體,使樣品兩側保持一定的壓力差,軟件自動測定在壓力差作用下透過樣品的氣體體積流速,通過計算獲得炭紙樣品的透氣率。

  根據測試經驗,炭紙的透氣量一般較高,故應選擇適合量程的儀器。Labthink TQD-G1A透氣度測試儀,氣體體積流速測量范圍為030L/min,能滿足一般炭紙的透氣性能測定。對于高透氣性的炭紙材料,支持定制更寬測量范圍的儀器。透氣度測試儀的壓力差設定范圍為01000Pa,便于用戶靈活調整壓差設定,從而獲得更加精準的透氣率值。儀器內置了高精度電子氣流、氣壓傳感器,便于精準控制與監測測試過程中氣流量和壓力變化。

2、拉伸強度

  炭紙必須具有適當的機械強度,使其能夠獨立支撐催化劑層,從而穩定整個電極結構。因此在新型炭紙的機械性能改善研究,以及在提升炭紙的導電率、孔隙率、疏水性等關鍵指標的性能的同時,需時刻關注拉伸強度等性能數值的變化。

  根據《GB/T 20042.7-2014 質子交換膜燃料電池 7部分:炭紙特性測試方法》的規定,將炭紙裁取長條型試樣,置于智能電子拉力機兩夾具中,上、下夾具的中心線應與試樣受力的方向平行,且在受力過程中保持試樣在同一平面。以10mm/min~100mm/min范圍內的速度拉伸。樣品斷裂后,儀器自動計算樣品的拉伸強度值。如有需要,樣品按縱向和橫向分別取樣測試,以了解炭紙不同方向上的拉伸強度差異。              

3、厚度均勻性

  以炭紙為主要材料構成的氣體擴散層,厚度越薄越有利于傳導氣體、減小電阻,但考慮到對催化劑層支撐的強度要求,故應根據不同的應用環境需要設計不同的厚度,并確保炭紙具有良好的厚度均勻性。

  根據GB/T 20042.3-2022規定,厚度均勻性測試應選用具有代表性的、無折皺、缺陷、破損的樣品制備為有效面積至少100cm2的樣品。在標準實驗室環境(23℃,50%RH)中,利用接觸式測厚儀測試多個均勻分布點位的厚度值,確保每個25cm2樣品不少于9個測試點。連續測試3片樣品,自動測得炭紙的平均厚度值,由此計算厚度標準偏差、厚度離散系數等值。測試過程中,測厚儀的測量頭與樣品接觸要保持一定的壓強,一般推薦5 N/cm2

  當前,Labthink已與新能源行業眾多企事業單位以及科研院校攜手,積極發揮在儀器研發制造和測試領域的經驗優勢,聚焦燃料電池產業,開展深入合作,共同推進新能源行業的快速創新發展。

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