GBZ 27753-2011 质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性测试方法

1、中华人民共和国国家标准化指导技术文件中的S2 707070 K8 2语言G B Z2 7 7 5 3 2 0 1 1质子交换膜燃料电池膜电极工作条件适应性试验方法国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际

2、标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际5测试环境条件，6测试准备，7质子交换膜燃料电池膜电极工作条件适应性测试，8测试报告，附录A(信息附录)测试准备-g b z2 7 7 53-2011 1 2 2 3 3 0 2刚刚涵盖g b z2 7 7 53-2011本指导性技术文件是根据G B Tl 1 2 0 0 0 9给出的规则起草的。 本指导性技术文件由中国电器工业协会

3、提出。该指导性技术文件被国家燃料电池标准化技术委员会(C3标准协会4 2)归类为1。本指导性技术文件的起草单位：武汉理工大学、武汉理工大学新能源有限公司、北京电机工程学院、大连化学物理研究所、中国科学院、清华大学、同济大学、上海李绅科技有限公司、新源电力有限公司.本指导性技术文件主要起草人：李尚、李静、万、潘牧、卢晨羽、李晶晶、侯明、易宝莲、裴浦成、侯永平、张若谷、侯。1质子交换膜燃料电池膜电极适应性范围试验方法g bz2 7 7 53-2 011本指导性技术文件规定了质子交换膜燃料电池膜电极适应性的术语和定义、边界条件、试验环境条件、试验准备、试验实验和试验报告等典型汽车工况。本指导性技术文

4、件适用于满足被测试方提出的性能要求的膜电极。活性面积为5厘米和5厘米的单电池用于评估膜电极对燃料电池典型工作条件的适应性，但没有考虑加速试验寿命和实际寿命之间的对应关系。2标准参考文件下列文件是本文件应用的必要条件。对于所有注明日期的参考文件，只有注明日期的版本适用于本文件。对于未注明日期的参考文件，最新版本(包括所有修订订单)适用于本文件。GB 3095-1996环境空气质量标准G B T2 0 0 4 2 1质子交换膜燃料电池术语G B T2 0 0 4 2 52 0 0 9质子交换膜燃料电池第5部分：膜电极试验方法G B T2 4 5 4 82 0 9燃料电池电动汽车术语3术语和定义3

5、13 23 33 43 5G T2 0 4 2 1和g bt24548-2009中定义的下列术语和定义适用于本技术指导文件。在燃料电池的工作状态下，本文件的工作状态对应于汽车的工作状态。典型运行条件：燃料电池运行期间的主要运行条件，包括开路条件、额定条件、怠速条件和过载条件等。燃料电池在空载时的工作状态。额定工况r a t e dc o n d i t i o n应被送至工作状态，在此状态下，检察官指定的燃料电池可长时间连续工作。额定工况下燃料电池的额定输出功率。G b z2 7 7 53-2 011 36怠速状态i d l ec o n d i t i o燃料电池处于工作状态，但燃料电池系统

6、的净输出功率为零，也就是说，它仅向自身供电，不向系统外供电。当发送器规定的燃料电池的净输出功率大于额定功率时的工作状态。3 8怠速-额定循环条件，即燃料电池在怠速条件和额定循环条件之间交替循环。3 9怠速-过载循环条件燃料电池在怠速条件和过载条件之间交替循环。燃料电池的开路-怠速循环条件在开路条件和怠速条件之间交替循环。在311 c . o . m . b . I . n . c . c . l . c . o . d . I . o . t . o . c . o . m . b . I . n . c . c . o . m . c . c . o . c . o . c . o . d

7、. c . o . c . o . c . o . d . o . c . o . o . c . o . o . m . o . c . o . o . c . o . o . o . c . o . o . o . c . o . o . o注：在试验过程中，每一种典型工况都可以用功率、电流和电压来表示，这是本指导性技术文件中推荐的。4边界条件4 1样品的边界条件本指导性技术文件不考虑影响燃料电池性能的以下因素：双极板的耐久性：流场板的性能。4 2试验的边界条件本指导性技术文件未考虑以下因素对杂质气体的影响；低温启动(小于0)；控制扰动；工作环境的振动；紧急情况。5试验环境条件本指导性技术

8、文件的试验环境条件为海拔1000米；温度：1530；G b z2 7 7 53-2011试验气体：燃料：通过电解水产生的氢气，不含杂质，如一氧化碳、硫、氧和硫；氧化剂：干燥的无油空气或纯度为9.9 9的压缩氧气。大气环境质量：二氧化硫和氮氧化物的浓度应等于或高于国标3095-1996规定的日平均三级标准。一氧化碳、碳氢化合物和水蒸气的浓度应等于或高于下列要求：一氧化碳：浓度0.510 1，一氧化碳：浓度1.010 1，碳氢化合物：浓度0.510 1，水蒸气：浓度1.10；加湿水：去离子水的电导率应小于0.25 zscm6试验准备6 1试验仪器和设备6 1 1集热板(也用作端板)集热板由镀金不锈

9、钢板制成。6 1 2流场板流场板是一个纯石墨板，由计算机雕刻出蛇形流场。6 1 3采用T2 04252009作为燃料电池耐久性试验平台。电流调节精度为o1a调整时间为100毫秒；电压调整精度为01v；电压表的量程为2V。可恒流或恒压放电，放电电流、电压和时间可根据程序自动控制，电压调整率可人工设定。测试取样要求如下：A)测试样品M E A:它是由质子交换膜M E E M b r A n E(M E M b r A n E)、C A t A L y t A L y t A L y r(C A t A L y t A L y r)和气体扩散层(G D L)组成的五位一体结构。b)样本量：为了使测试

10、结果具有代表性，有效区域为5a m 5c m，样本有效区域外的外围被密封。c)试样应无油污、皱纹、缺陷和损伤。d)样品数量为5个，以满足3个有效测试的要求。6 3其它要求试验准备的其它要求见附录A。7质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性试验7 1总则本指导性技术文件中质子交换膜燃料电池膜电极工况适应性试验包括单工况和联合循环工况适应性试验。7.2试验条件的设置根据发送方的要求确定工况适应性的试验项目。3 g bz2 7 7 53-2 011测试条件功率、电流或电压可根据发送器的要求设定。本指导性技术文件建议，在工况适应性试验中，燃料电池的运行状态应由电压控制。测试时，发送方应提供测试样品在各种工

11、况下的工作条件或输出参数及极化曲线，测试方应根据发送方提供的要求和数据制定测试方案。7.3燃料电池组件将待测样品与相应规格的流场板、集流板和端板组装成单个电池，该组件应满足以下条件：a)气体扩散层与双极板之间的接触电阻最小。注：流场板与气体扩散材料之间的接触电阻测试可提前进行，以获得两者之间最小接触电阻所需的中心紧固力，满足上述要求的装配力可按以下公式计算：T F K b D b N b公式：T夹紧扭矩，单位为N m；F C l a m p i n gF o r c e (c l a m p I n gf o r c e)，牛(n)；k b-摩擦系数(干螺栓为0.20，润滑螺栓为0.17)；D

12、 b螺栓直径单位为米(m)；螺栓数量。b)扩散层厚度方向上的压应力不会破坏膜电极和气体扩散介质的微结构。7 4燃料电池泄漏试验7 4 1堵塞燃料电池阴极和阳极的填充口和出口，并向阳极填充口引入由发送器规定的最高工作压力的试验气体(如空气或氮气)，并保持该压力5r a i n。如果气体压力下降5k P a，则认为单电池的阳极存在外部泄漏。检查并确定漏气位置，并进行相应处理；同样地，堵住燃料电池阳极的数量和出口以及阴极的出口，并将检察官规定的最高工作压力的测试气体(如空气或氮气)输送到阴极的数量，并保持该压力5r a i n。如果气体压力下降5k P a，则认为单个电池的阴极有泄漏。检查并确定漏气

13、位置，并进行相应处理。7.42如果没有检测到泄漏，则按照7.41中的类似方法堵塞阳极出口和阴极群，并将具有由发送器指定的最高工作压力的测试气体(例如空气或氮气)引入阳极入口，并保持该压力1 0m i n。如果气体压力下降2k P a，膜电极将会发生气体交叉，并且被发送用于检查的样品将不能在工作条件下进行在线加速测试。7 5单体电池激活7 5 1将单体电池安装在燃料电池测试平台上。7.52使用反应气体作为活化介质，根据膜电极传感器的要求控制操作条件。激活条件由发送者提出，包括湿度、气体过剩系数、电池温度、背压保持恒定值、燃料电池运行的电流密度和燃料电池运行时间。当电池的电压在相同的电流密度下稳定

14、在相同的值时，电池的激活完成。7 6开路试验7 6 1极化曲线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透性由活化的单电池测量。测试方法见T2 04252009。7 6 2在保持开路状态80小时后，测试单体电池。测试条件由发送方提出，包括湿度、气体过剩系数、电池温度、保持恒定背压等。每8小时测量一次单电池的极化曲线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透率，计算电流密度为600m Acm 2时，每个循环后极化曲线的电压降、催化剂电化学活性面积的减小和氢渗透率的增加。7 6 4计算600米交流电压下每小时的电压衰减率、电化学活性面积损失率和氢渗透增长率。4 g BZ2 7 7 53-201 17 7空转试验7 7

15、1用活化单电池测定了极化曲线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透性。7 7 2在怠速下测试单个电池80小时。负载条件可以根据发送器的要求设置为功率、电流或电压。测试条件由航天飞机交付方提出，包括湿度、气体过剩系数、电池温度、恒定背压、装载率等。每隔8小时测量一次单电池的极化曲线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透率，计算电流密度为600mAcm 2时，每个循环后极化曲线测试结果中的电压降、催化剂电化学活性面积的减小和氢渗透率的增加。7 7 4计算600米交流电压下每小时的电压衰减率、电化学活性面积损失率和氢渗透增长率。7 8过载试验7 8 1极化曲线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透性用活化的单电池测量

16、。7 8 2过载80小时后测试单个电池。负载条件可以根据需要设置为功率、电流或电压测试条件由发送方提出，包括湿度、气体过剩系数、电池温度、恒定背压、负载率等。每8小时测量一次单电池的极化曲线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透率，并计算出电流密度为600mAcm 2时，每个循环后极化曲线测试结果中的电压降、催化剂电化学活性面积的减少和氢渗透率的增加。7.84计算每小时6 0米交流电压下的电压衰减率、电化学活性面积损失率和氢渗透增加率。7 9怠速-额定循环试验7 9 1用活化的单电池测量极化的血液线、催化剂的电化学活性面积和氢渗透性。7 9 2在怠速条件和额定条件之间循环单个电池，并在每种条件下保持2r的电流。负载条件可以根据发送者的要求设置功率、电流或电压。测试条件由发送方提出，包括湿度、气体过剩系数、电池温度、恒定背压、负载率等。在7 9 3中，在怠速下循环0次、1 2 0次、2 4 0次、3 6 0次、4 8 0次、6 0 0次、7 2 0次、8 4 0次、9 6 0次、10 8 0次和12 0 0次后，测量了单电池的极化曲线、电化学活性面积和氢渗透性。在每个循环后的极化曲线测试结果中，计算了电流密度为600 m2时的电压降、催化剂电化学活性面积的减小和氢渗透率的增加。7 9 4计算每循环6 0米