擎动科技发布了标准主要起草人吴丹博士就该标准的具体内容带来进一步的解读。
(查看标准全文:氢能标准丨质子交换膜燃料电池膜电极测试方法)
编制说明:
质子交换膜燃料电池膜电极是燃料电池电化学反应发生的区域,是整个燃料电池系统的核心部件,其输出性能和耐久性决定了燃料电池的性能和寿命。因此,膜电极的输出性能和耐久性是评价燃料电池系统性能和寿命的关键参数之一。原有的国家标准GB/T 20042.5-2009《质子交换膜燃料电池 第5部分:膜电极测试方法》,没有包含膜电极耐久性方面的测试方法,而且随着燃料电池行业的发展,对膜电极的性能又提出了新的需求,测试设备有了新的发展,因此,本标准针对GB/T 20042.5-2009《质子交换膜燃料电池 第5部分:膜电极测试方法》做一下几个方面补充:
——膜电极串漏率的测试方法,满足膜电极的气密性的表征要求;
——电极抗反极性能测试方法,满足膜电极的抗反极性能的表征需求;
——膜电极质子交换膜化学耐久性测试方法,满足膜电极质子交换膜寿命的快速表征需求;
——膜电极催化剂耐久性测试方法,满足膜电极催化剂寿命的快速表征需求;
——膜电极催化剂载体耐久性测试方法,满足膜电极催化剂载体寿命的快速表征需求;
——测试铂载量的新方法,对膜电极进行原位的无损测量,易于操作;
——测试欧姆极化电阻的新方法,测量结果重复性和稳定性更高,操作简便,更为有效。
详细解读
1.膜电极串漏率测试
膜电极的串漏是指阴阳极两侧之间发生漏气问题,通常由于薄膜针孔或者边框封装等问题导致,可能引发内漏降低效率和形成氢氧界面等问题给电堆运行带来严重风险。通常电堆厂家在膜电极装堆后会进行气密性检测,但是发现串漏问题时难以找出问题膜电极,因此膜电极出厂前应当对每一片膜电极进行串漏率检测,找出问题膜电极,保证出厂膜电极质量。本标准的串漏率测试是采用阳极侧加压的方法,通过阴极的压力变化快速测出串漏情况,并通过皂膜流量计进行流量校准,得到串漏率。
检漏测试示意图
2.电极抗反极性能测试
燃料电池电堆运行时,由于阳极氢气供气不足导致该节电池电压低于零伏甚至出现反转,即发生反极现象。反极现象的本质是由于氢气欠气导致阳极无法进行氢气氧化反应(HOR)产生质子和电子进行内部电流传输,导致发生碳的水解反应(C+2H2O=CO2+4H++4e-)产生质子和电子,或者水氧化反应(OER)产生质子和电子。反极现象发生时,超高的阳极电位会使催化剂碳载体发生快速腐蚀,严重影响膜电极的输出性能,严重时甚至会介电击穿质子膜出现发热烧堆的风险。膜电极抗反极性能是用来评价燃料电池在发生反极现象时,膜电极性能保持不衰减的能力。本标准中用停机反极运行时间和无损反极运行时间来表征,停机反极运行时间是指从燃料电池发生反极现象起到燃料电池到达截止保护电压而停机的连续运行时间,无损反极运行时间从燃料电池发生反极现象起到其额定功率衰减4%以内的连续反极运行时间。对于终端客户来说,无损反极运行时间更有指导意义。