碱性膜燃料电池 第三部分 膜电极性能试验方法-编制说明

《碱性膜燃料电池第三部分膜电极性能试验方法》编制说明任务来源及计划要求中科嘉鸿（佛山市）新能源科技有限公司牵头编制的《碱性膜燃料电池第三部分膜电极性能试验方法》标准，来源于2022年申请立项的中国可再生能源学会团体标准编制任务。本标准由中国可再生能源学会负责归口管理。主要参加单位中科嘉鸿（佛山市）新能源科技有限公司，北京新研创能科技有限公司，中国科学院大连化学物理研究所，惠州亿纬氢能有限公司，武汉大学，北京航空航天大学，中国科学技术大学，新研氢能源科技有限公司。工作简要过程2022年5月，编制单位把团体标准项目建议书提交给中国可再生能源学会。2022年6月，中国可再生能源学会召开氢能专业团体标准立项初审会，听取了编制单位的立项汇报，提出了建议。2022年10月，中国可再生能源学会召开2022年度第一次团体标准审查会，听取了编制单位的立项报告，提出建议。2022年11月，编制单位对上述建议进行了答复。2022年11月，编制单位收到中国可再生能源学会同意该项团体标准立项的通知《中再学〔2022〕20号》。2023年3月，完成标准第一稿。2023年5月，完成标准第二稿。2023年10月，完成标准第三稿。2023年11月，完成标准征求意见稿，提交中国可再生能源学会，开展行业内意见征集。编制情况1．标准介绍该标准为性能试验方法标准。适用于各种类型的碱性膜燃料电池膜电极性能试验。2．编制原则本标准编制原则如下：a）标准严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草；b）标准符合国家有关法律法规及相关产业政策要求；c）对标内外先进水平，与现行有效的国际、国家、行业、团体标准协调一致；d）适应我国碱性膜燃料电池发展的需求。目的、意义或必要性本标准制定的主要目的在于建立统一的碱性膜电极的性能试验方法，为其在燃料电池等电化学装置中应用时提供测试规范。近年来，基于碱性膜的电化学技术和装置发展迅速，在碱性膜电极应用于电化学反应器如燃料电池中时，即可使用贵金属也可使用非贵金属催化剂，相较于质子交换膜燃料电池具有成本优势；同时，相较于传统的液态KOH和NaOH电解液，碱性膜燃料电池结构简单、性能好、功率密度高、响应速度快、受空气中CO2的影响及维护工作量小相对较小；这些优点均利于碱性膜燃料电池的商业化推广应用。国内外目前均在积极进行碱性膜电极技术的产业转化，处于激烈竞争阶段，但相关性能试验仅有零散的科研论文，且测试条件存在差异，尤其是在对CO2的影响处理不当的情况下，测试结果难以对比；当采用非贵金属催化剂时，由于种类众多，活性位存争议，比活性没有一致的衡量方法。为此，建立统一的碱性膜电极性能试验方法很有必要，对碱性膜电极技术和工艺的提升及其应用都有重要意义。标准于同类标准主要差异与本标准同类型的现有国家标准是《质子交换膜燃料电池第5部分：膜电极测试方法》（GB/T20042.5-2009），团体标准是《质子交换膜燃料电池膜电极测试方法》（T/CAAMTB12-2020）。对于相同的指标项目，如活性区面积、催化剂Pt担载量、催化剂电化学活性面积、单体电池极化曲线、单体电池欧姆极化过电位和透氢电流密度，本标准参照GB/T20042.5-2009和T/CAAMTB12-2020中的方法进行，但在个别细节处略有改变。而对于CO2耐受性、催化层体积比活性和膜电极在CO2存在情况下的耐受性和寿命这些仅与碱性膜电极有关的技术参数，本标准提出了新的方法。主要差异处见表1。差异对照表序号对比项差异1活性区面积测试现有标准通过对膜电极上的炭纸尺寸进行测试来计算活性区面积。但由于活性区面积不一定与炭纸的面积一致，膜电极设计中经常出现炭纸比活性区略大一些的情况；为此，本标准在测试活性区面积时，先把膜电极上的炭纸剥离，然后测试所剩CCM上活性区的面积。2CO2耐受性测试本标准提出了新的测试方法。阴极侧通入的空气中含有2ppmCO2气体（空气中CO2经吸收净化后的浓度≤2ppm），记录不同放电电流对应的电压值，并以此条件下0.5A/cm2与1A/cm2放电电流密度对应的电压值与没有CO2情况下测定的极化曲线中0.5A/cm2与1A/cm2放电电流密度对应的电压值进行对比，以此判断膜电极对CO2的耐受性。3膜电极透氢速率测试在膜电极中阴、阳极均为非（贵）金属催化剂时，通过透氢速率判断氢气从膜电极阳极渗透到阴极的程度。4膜电极中催化层体积比活性测试本标准提出了新的测试方法。在膜电极阴极或者阳极采用非（贵）金属催化剂时，采用体积比活性评判非（贵）金属催化剂的活性，把0.8V对应的总有效电流除以膜电极中催化层的体积定义为催化层的体积比活性。5膜电极耐久性测试本标准提出了新的测试方法。将阴极侧空气中加入2ppm体积含量的CO2气体，单电池以0.5A/cm2恒定电流密度进行放电，绘制电压随时间的变化曲线，利用衰减的电压值除以单电池运行时间，计算得到在CO2存在的情况下膜电极电压的衰减速率。标准主要内容本标准规范了碱性膜燃料电池膜电极测试方法，包括术语和定义、试验平台、试验条件、试验方法和试验报告。本部分标准适用于各种类型的碱性膜燃料电池膜电极性能试验。试验验证情况参编单位对本标准中所涉及的项目进行了测试验证。与现有的标准关系目前国内外尚无碱性膜电极性能试验方法的标准。本标准与《质子交换膜燃料电池第3部分：质子交换膜测试方法》（GB/T20042.3-2022）及《质子交换膜燃料电池膜电极测试方法》（T/CAAMTB12-2020）互为补充。预期的社会经济效果碱性膜电极技术是变革性氢能技术，其应用包括多种类型的燃料电池与电解器。碱性膜电极正处于产业化和商品化早期阶段，国内外竞争激烈。碱性膜电极在CO2影响及耐受性等方面的与质子交