2024质子交换膜燃料电池 第7部分：炭纸特性测试方法

GB/T200427—2024

.

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

符号

4………………………3

样品及测试准备

5…………………………5

测试仪器和器具

6…………………………6

厚度均匀性测试

7…………………………6

电阻测试

8…………………7

机械强度测试

9……………9

透气率测试

10……………11

孔隙率测试

11……………12

体密度测试

12……………12

面密度测试

13……………13

粗糙度测试

14……………13

垂直方向导热系数测试

15………………14

弯曲挺度测试

16…………………………15

静态接触角测试

17………………………15

耐久性测试酸氧化法

18()………………15

测试报告

19………………16

附录资料性测试准备

A()………………17

附录资料性测试报告

B()………………18

附录资料性两个铜电极本体电阻炭纸与电极间接触面电阻总和测试

C()、………20

附录资料性平面方向透气率测试

D()…………………21

附录资料性孔隙率测试

E()……………23

附录资料性表面粗糙度测试方法

F()…………………24

附录资料性弯曲挺度测试

G()…………26

附录资料性静态接触角测试

H()………………………27

附录资料性耐久性测试酸氧化法

I()()………………28

参考文献

……………………29

Ⅰ

GB/T200427—2024

.

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件是质子交换膜燃料电池的第部分已经发布了以下部分

GB/T20042《》7。GB/T20042:

第部分术语

———1:;

第部分电池堆通用技术条件

———2:;

第部分质子交换膜测试方法

———3:;

第部分电催化剂测试方法

———4:;

第部分膜电极测试方法

———5:;

第部分双极板特性测试方法

———6:;

第部分炭纸特性测试方法

———7:。

本文件代替质子交换膜燃料电池第部分炭纸特性测试方法与

GB/T20042.7—2014《7:》,

相比除结构调整和编辑性改动外主要技术变化如下

GB/T20042.7—2014,,:

增加了面电阻平面方向透气率弯曲挺度静态接触角耐久性等术语及定义见

———“”“”“”“”“”(3.1、

3.5、3.11~3.13);

增加了面电阻平面方向透气率弯曲挺度静态接触角耐久性等符号及定义见第

———“”“”“”“”“”(4

章

);

增加了部分测试仪器和器具见第章

———(6);

增加了面电阻测试见

———“”(8.3);

删除了抗弯强度测试见年版的

———“”(20148.2)。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由中国电器工业协会提出

。

本文件由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会归口

(SAC/TC342)。

本文件起草单位上海碳际实业集团有限公司中国科学院大连化学物理研究所中国华电科工集

:、、

团有限公司同济大学武汉理工大学华北电力大学南京大学机械工业北京电工技术经济研究所

、、、、、、

中国质量认证中心有限公司中汽研新能源汽车检验中心天津有限公司济南思克测试技术有限公

、()、

司北京上电科赛睿科技有限公司新研氢能源科技有限公司国家电投集团氢能科技发展有限公司

、、、、

新源动力股份有限公司上海攀业氢能源科技股份有限公司山东国创燃料电池技术创新中心有限公

、、

司上海韵量新能源科技有限公司上海捷氢科技股份有限公司无锡市检验检测认证研究院北京氢璞

、、、、

创能科技有限公司航天氢能科技有限公司北京科技大学佛山仙湖实验室福建亚南电机有限公司

、、、、、

上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司中国第一汽车股份有限公司亿创氢能源科技张家港有

、、()

限公司未势能源科技有限公司海卓动力青岛能源科技有限公司

、、()。

本文件主要起草人姜永燚侯明明平文尧克光江靖刘建国张亮姚颖方李赏王昕卢琛钰

:、、、、、、、、、、、

焦道宽杨兴亚张目清齐志刚周明正戴海峰董辉李光伟陈东方赵小军邸志岗王刚陈耀

、、、、、、、、、、、、、

朱孟倩朱俊娥靳殷实唐浩林郑丽萍盛夏刁力鹏唐富民梁栋龚正伟谢佳平

、、、、、、、、、、。

本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为

:

年首次发布为

———2014GB/T20042.7—2014;

本次为第一次修订

———。

Ⅲ

GB/T200427—2024

.

引言

鉴于质子交换膜燃料电池技术发展为服务质子交换膜燃料电池发电系统上下游制造商及其用

,

户提供了统一的术语及定义并针对质子交换膜燃料电池堆及其关键零部件提供了统一

,GB/T20042,

的测试方法

。

质子交换膜燃料电池拟由以下七部分构成

GB/T20042《》。

第部分术语目的是界定质子交换膜燃料电池技术及其应用领域内使用的术语和定义

———1:。。

第部分电池堆通用技术条件目的是给出质子交换膜燃料电池堆的通用技术要求试验方

———2:。、

法检验规则等内容

、。

第部分质子交换膜测试方法目的是给出质子交换膜燃料电池中质子交换膜厚度均匀性

———3:。、

质子传导率等测试方法

。

第部分电催化剂测试方法目的是给出质子交换膜燃料电池电催化剂铂含量电化学活性

———4:。、

面积等测试方法

。

第部分膜电极测试方法目的是给出质子交换膜燃料电池膜电极厚度均匀性担载量

———5:。、Pt

等测试方法

。

第部分双极板特性测试方法目的是给出质子交换膜燃料电池双极板气体致密性抗弯强

———6:。、

度密度等测试方法

、。

第部分炭纸特性测试方法目的是给出质子交换膜燃料电池炭纸厚度均匀性电阻机械

———7:。、、

强度等测试方法

。

Ⅳ

GB/T200427—2024

.

质子交换膜燃料电池

第7部分炭纸特性测试方法

:

1范围

本文件界定了质子交换膜燃料电池炭纸的术语和定义描述了质子交换膜燃料电池炭纸特性测试

、

方法包括厚度均匀性测试电阻测试机械强度测试透气率测试孔隙率测试体密度测试面密度测

,、、、、、、

试粗糙度测试垂直方向导热系数测试弯曲挺度测试静态接触角测试耐久性测试和测试报告

、、、、、。

本文件适用于质子交换膜燃料电池炭纸的检测

。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

塑料拉伸性能的测定第部分薄膜和薄片的试验条件

GB/T1040.3—20063:

质子交换膜燃料电池第部分术语

GB/T20042.1—20171:

燃料电池术语

GB/T28816—2020

3术语和定义

界定的以及下列术语和定义适用于本文件

GB/T20042.1—2017、GB/T28816—2020。

31

.

面电阻areaspecificresistance

在规定的压力条件下炭纸的欧姆电阻乘以其有效面积

,。

注面电阻的单位为毫欧平方厘米2

:(mΩ·cm)。

32

.

垂直方向电阻率through-planeresistivity

与炭纸表面垂直方向的电阻率

。

注垂直方向电阻率的单位为毫欧厘米

:(mΩ·cm)。

33

.

平面方向电阻率in-planeresistivity

与炭纸表面平行方向的电阻率

。

注平面方向电阻率的单位为毫欧厘米

:(mΩ·cm)。

34

.

垂直方向透气率through-planegaspermeability

与炭纸表面垂直方向的透气率

。

注垂直方向透气率单位为毫升毫米每平方厘米小时帕2

:[mL·mm/(cm·h·Pa)]。

1

GB/T200427—2024

.

35

.

平面方向透气率in-planegaspermeability

与炭纸表面平行方向的透气率

。

注平面方向透气率单位为毫升毫米每平方厘米小时帕2

:[mL·mm/(cm·h·Pa)]。

36

.

孔隙率porosity

炭纸孔隙体积占其总体积的百分比

。

37

.

体密度bulkdensity

炭纸质量与表观体积的比值

。

注1炭纸的表观体积为其平均厚度与表观面积的乘积

:。

注2体密度的单位为克每立方厘米3

:(g/cm)。

38

.

面密度areadensity

炭纸质量与表观面积的比值

。

注1炭纸的表观面积为其表观长度与宽度的乘积

:;

注2面密度的单位为克每平方米2

:(g/m)。

39

.

粗糙度roughness

炭纸表面微小峰谷的微观不平度

。

注1通常用一个取样长度L内轮廓上各点到轮廓中线X绝对值的算术平均值轮廓的算术平均偏差R或用最

:,(a)

大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和轮廓的最大高度R来表示单位为微米

(z),(μm)。

注2轮廓的中线见图中X包括轮廓的算术平均中线和轮廓的最小二乘中线两种轮廓的算术平均中线是在

:(1)。

取样长度范围内将实际轮廓划分上下两部分且使上下面积相等的直线轮廓的最小二乘中线是在取样长

,,。

度内使轮廓上各点至一条该线的距离平方和为最小

,。

注3表面粗糙度相关术语及定义见

:GB/T3505—2009。

图1轮廓的中线及Ra示意图

310

.

导热系数thermalconductivity

单位温度差单位面积单位时间内通过单位厚度炭纸的热量

、、。

注导热系数的单位为瓦每米开尔文

:[W/(m·K)]。

311

.

弯曲挺度bendingstiffness

炭纸在弹性形变范围内受力弯曲时所产生的单位阻力矩

。

注弯曲挺度的单位为毫牛米

:(mN·m)。

2

GB/T200427—2024

.

312

.

静态接触角staticcontactangle

液体在炭纸表面形成液滴并达到平衡时在气液固三相交界点处做气液界面的切线该切线与固液

,,

交界线之间的夹角

。

注静态接触角的单位为度

:(°)。

313

.

耐久性durability

在规定的测试条件下炭纸经过一定时间的耐久性测试后相关指标的变化率

,,。

注耐久性相关指标的变化率用百分比表示

:(%)。

4符号

下列符号适用于本文件

。

注本文件中使用的符号及含义与单位见表包括恰当的计量单位

:1,。

表1符号定义与单位

、

符号定义单位

常用参数

n测量数据点数

m样品的质量

g

L样品的长度

cpcm

W样品的宽度

cpcm

厚度均匀性

d下样品的平均厚度

25kPa,μm

di下某一点样品的厚度测量值

25kPa,μm

σ下样品的厚度标准偏差

25kPa,μm

δ离散系数反映单位均值上的离散程度

,

电阻

ρ样品平面方向的电阻率

inmΩ·cm

ρi不同部位电阻率测量值

mΩ·cm

G样品厚度校正系数

D样品形状校正系数

ρ样品垂直方向的电阻率

tmΩ·cm

仪器的测量值即样品垂直方向电阻铜电极本体电阻和样品与两个电

R,、

m极间的接触电阻的总和mΩ

d试验压强下样品的厚度

μm

r面电阻2

cmΩ·cm

R两个铜电极本体电阻样品与两个电极间的接触面电阻总和2

c、mΩ·cm

S样品与两个电极之间的接触面积2

cm

3

GB/T200427—2024

.

表1符号定义与单位续

、()

符号定义单位

厚度为d时仪器的电阻测量值即样品垂直方向电阻和样品与两个电

R1,,

m1极间的接触电阻及两个镀金电极电阻的总和mΩ

d样品在测试压强下的平均厚度

11μm

厚度为d时仪器的电阻测量值即样品垂直方向电阻和样品与两个电

R2,,

m2极间的接触电阻及两个镀金电极电阻的总和mΩ

d两个样品在测试压强下的平均厚度

21μm

机械强度

T样品的拉伸强度

sMPa

F样品断开时记录的负荷

bN

F弯曲测头向试样施加的作用力

N

L试样夹顶端与弯曲测头间的距离

mm

γ一定压力下样品的压缩率

%

di一定压力下的厚度

pμm

d样品的初始厚度即压力为下的厚度

0,25kPaμm

B弯曲挺度

mN·m

d测试样品的挠度即弯曲测头的位移

r,mm

b测试样品的宽度

mm

透气率

V样品垂直方向透气率2

pemL·mm/(cm·h·Pa)

V在压差PP下气体通过样品的体积流速

ss-0mL/min

P测试样品时微量压差计示数

s,Pa

P空白样品的微量压差计示数

0Pa

S样品的有效面积即边框的中间孔尺寸2

1,cm

V样品平面方向透气率

inmL/min

R内圆半径

1mm

R外圆半径

2mm

d下样品的平均厚度

31MPa,μm

孔隙率

ε样品的孔隙率

%

ρ炭纤维的密度3

CFg/cm

密度

ρ体密度3

0g/cm

ρ面密度2

sg/m

4

GB/T200427—2024

.

表1符号定义与单位续

、()

符号定义单位

粗糙度

R轮廓算术平均偏差

aμm

Yi轮廓上各点到轮廓中线纵坐标绝对值

||μm

n轮廓曲线上选取的数据点

s

R平均轮廓算术平均偏差

aμm

n选取的取样长度的个数

a

R轮廓的最大高度即最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和

z,μm

Zi最大轮廓峰高轮廓最高点到中线的距离最大值

p,μm

Zi最大轮廓谷深轮廓最低点到中线的距离最大值

v,μm

R平均轮廓的最大高度

zμm

S表面平均高度偏差

aμm

S平均表面平均高度偏差

aμm

S表面的最大高度即最大峰高度和最大谷深度之和

Z,μm

S定义区域中最高点的高度

Pμm

S定义区域中最低点的高度的绝对值

Vμm

S平均表面的最大高度

Zμm

导热系数

λ导热系数