燃料电池堆关键部件的性能测试方法解析

燃料电池作为一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，氢燃料电池堆是整个燃料电池产业链的核心部分，而氢燃料电池堆的关键零部件的性能直接关系到电池堆的使用可靠性，单体零部件的性能对燃料电池堆的整体性能起着决定性的影响，因此电池堆关键零部件的性能成为电池堆生产商选材必须要考虑的问题，因此在电堆集成前需要对各个部件的工作稳定性进行测试。

质子交换膜燃料电池的关键零部件的测试要求，包括质子交换膜、双极板、扩散层等。

1、质子交换膜

质子交换膜是电堆的核心组件，以聚合物膜作为电解质，其性能直接影响燃料电池的性能。质子交换膜主要作用：一方面为电解质提供氢离子通道，一方面作为隔膜隔离两级反应气体，此外还需要对催化剂层起到支撑作用。

测试标准依据GB/T 20042.3-2009《质子交换膜燃料电池 第3部分：质子交换膜测试方法》。主要测试项目包括：厚度均匀性、透气率质子交换传导率、离子交换当量、拉伸性能、吸水率和溶胀率。

透气度是反映隔膜透过率能力的指标，可用在一按时间和压力下，通过隔膜气体的量的多少来表征，以此来反映锂离子透过隔膜的通畅性。可采用SYSTESTER思克透气度仪GTR-704R，固定电池隔膜，在隔膜的一侧施加气压，测量气压压降和检测分离器透气性所用的时间。

拉伸强度与制膜的工艺相关联，因此实时监控其拉伸强度，有利于提高锂离子电池隔膜的综合性能。可采用SYSTESTER思克智能电子拉力试验机TST-1002，适用于隔膜产品的拉伸、模量、撕裂、强度、穿刺等力学指标的定量测试。

2、双极板

双极板是将质子交换膜燃料电池串联起来组装成电堆的关键部件，双极板用于分隔氢气与氧气并收集电流，双极板两侧分别与阳极和阴极的膜电极接触，并支撑其他部件，其质量直接影响燃料电池电堆的输出功率和使用寿命。双极板原材料主要包括：石墨、金属材料、复合材料。测试标准依据GB/T 20042.6-2011《质子交换膜燃料电池 第6部分：双极板特性测试方法》。主要测试项目包括：气密性、抗弯强度、密度、电阻、和腐蚀电流等；双极板部件的主要测试项目包括气体致密性、阻力降、面积利用率、厚度均匀性、平面度和电阻。

3、碳纸

碳纸是目前应用最广泛的扩散层材料，气体扩散层用于分布反应气体，在电极和双板之间传导子热量，测试标准依据GB/T 20042.7-201《质子交换膜燃料电池 第7部分：炭纸特性测试方法》。测试项目包括：厚度均匀性、电阻、机械强度、透气率、孔隙率和表观密度、面密度、粗糙度。

厚度均匀性会直接影响隔膜卷、碳纸的外观质量以及内在性能，因此是生产过程中需严加控制的质量指标之一。可采用SYSTESTER思克测厚仪THI-1801，适用于隔膜、碳纸、箔片、硅片等材料的厚度精确测量。