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質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分: 質(zhì)子交換膜測試方法 - 離子交換當(dāng)量(EW)測試

閱讀:2706      發(fā)布時間:2023-8-2
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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

范圍
本文件描述了質(zhì)子交換膜燃料電池用質(zhì)子交換膜的厚度均勻性測試、質(zhì)子傳導(dǎo)率測試、離子交換當(dāng)量測試、透氣率測試、拉伸性能測試、溶脹率測試和吸水率測試。
本文件適用于各種類型的質(zhì)子交換膜。

術(shù)語和定義
GB/T20042.1-2017 界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
質(zhì)子傳導(dǎo)率  proton conductivity
膜傳導(dǎo)質(zhì)子的能力,是電阻率的倒數(shù)。
注1: 質(zhì)子傳導(dǎo)率是衡量膜的質(zhì)子導(dǎo)通能力的一項電化學(xué)指標(biāo),它反映了質(zhì)子在膜內(nèi)遷移能力的大小。
注2: 質(zhì)子傳導(dǎo)率的單位為西門子每厘米(S/cm)。
離子交換當(dāng)量  equivalent weight;EW
含有1mol質(zhì)子的干態(tài)膜質(zhì)量。
注1: 它與表示離子交換能力大小的離子交換容量IEC(Ion Exchange Capacity)成倒數(shù)關(guān)系,體現(xiàn)了質(zhì)子交換膜內(nèi)的酸濃度。
注2: 離子交換當(dāng)量的單位為克每摩爾(g/mol)。
拉伸強度  tensile strength
在給定溫度、濕度和拉伸速度下,在標(biāo)準(zhǔn)膜試樣上施加拉伸力,試樣斷裂前所承受的最大拉伸力與試樣的橫截面面積的比值。
注1: 橫向拉伸強度: 表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸強度,用σTD表示。
注2: 縱向拉伸強度: 表示垂直于膜卷軸方向的膜的拉伸強度,以σMD表示。
彈性模量  modulus of elasticity in tension
質(zhì)子交換膜中,應(yīng)力應(yīng)變曲線上初始直線部分的斜率。
注1: 橫向拉伸彈性模量: 表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸彈性模量,用ETD表示。
注2: 縱向拉伸彈性模量: 表示垂直于膜卷軸方向膜的拉伸彈性模量,以EMD表示。
注3: 推薦應(yīng)力應(yīng)變曲線上應(yīng)變分別為ε1=0.5%和ε2=2.5%的兩個點的斜率為彈性模量。
注4: 彈性模量用E表示,單位為兆帕(MPa)。
斷裂拉伸應(yīng)變  tensile strainat break
試樣發(fā)生斷裂時,原始標(biāo)距單位長度的增量。
注1: 橫向斷裂拉伸應(yīng)變: 表示平行于膜卷軸向的膜的斷裂拉伸應(yīng)變,用εTD表示。
注2: 縱向斷裂拉伸應(yīng)變: 表示垂直于膜卷軸方向膜的斷裂拉伸應(yīng)變,以εMD表示。
注3: 斷裂拉伸應(yīng)變用ε表示,單位為無量綱的比值或百分?jǐn)?shù)(%)。
180°剝離強度  peeling forceat 180°angle
在剝離角 度為180°的剝離條件下,一定寬度測試樣條以一定速度連續(xù)剝離時所需要的載荷。
注: 180°剝離強度的單位為牛每毫米(N/mm)。
氣體透過率  gas permeation rate
在恒定溫度和單位壓力差下,穩(wěn)定透過時,單位時間內(nèi)透過試樣單位面積的氣體的體積。
注: 氣體透過率用標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示,單位為立方厘米每平方米天帕[cm3/(m2·d·Pa)]。氣體透過系數(shù)  gas permeation coefficient
在恒定溫度和單位壓力差下,在穩(wěn)定透過時,單位時間內(nèi)透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。
注: 氣體透過系數(shù)用標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示,單位為立方厘米厘米每平方米秒帕[cm3·cm/(cm2·s·Pa)] 。
吸水率  water uptake
在給定溫度下單位質(zhì)量干膜的吸水量。
注: 吸水率以%表示。
溶脹率  swelling rate
在給定溫度下相對于干膜在橫向、縱向和厚度方向的尺寸變化。
注1: 橫向、縱向和厚度方向的尺寸變化,分別記為TD、MD和Z軸。
注2: 溶脹率以%表示。

離子交換當(dāng)量(EW)測試
注: 詳細的測試準(zhǔn)備內(nèi)容見附錄A;測試報告的內(nèi)容見附錄B。
儀器與設(shè)備
分析天平: 分度值不低于為0.1mg。
自動電位滴定儀: pH值精度不低于0.1。
樣品準(zhǔn)備
取質(zhì)量不低于0.5g的樣品,剪碎后將其置于真空烘箱內(nèi),在絕對壓力為不高于20kPa的真空、溫度為 80°C條件下,真空干燥8h,移至干燥器中冷卻至室溫后,快速稱量(30s內(nèi)完成),至恒重,前后兩次稱量之差小于0.2mg。
測試方法
從烘箱中取出后,移至干燥器中冷卻至室溫后,迅速用分析天平稱量干膜的質(zhì)量m
將樣品放入密封的、裝有飽和氯化鈉溶液的試劑瓶中攪拌24h。
用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液利用自動電位滴定儀滴定至中性,記錄消耗的NaOH溶液的體積VNaOH
數(shù)據(jù)處理
根據(jù)公式(5)計算出膜的EW值:
式5.jpg
式中:
EW ——膜的離子交換當(dāng)量,單位為克每摩爾(g/mol);
m ——干質(zhì)子交換膜的質(zhì)量,單位為克(g);
VNaOH ——NaOH溶液的體積,單位為升(L);
CNaOH ———NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度,單位為摩爾每升(mol/L)。
注: 取3個樣品為一組,計算出平均值作為試驗結(jié)果。


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