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　　摘要：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種采用可傳導離子的聚合膜作為電解質(zhì)的燃料電池，因此也被稱(chēng)作聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC）、同體聚合物燃料電池（SPFC）或固體聚合物電解質(zhì)燃料電池（SPEFC）。PEMFC因其高效、環(huán)保的特性，在新能源汽車(chē)、固定式電站等領(lǐng)域具有十分廣闊的應用前景。而質(zhì)子交換膜作為PEMFC的核心部件，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到燃料電池的整體性能和效率，因此，研發(fā)企業(yè)及單位對其相關(guān)性能指標給予了重點(diǎn)關(guān)注。

　　關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池、質(zhì)子交換膜、阻隔性能、氣體透過(guò)率、氫氣透過(guò)、厚度、透氣率、剝離強度、斷裂伸長(cháng)率、拉伸強度、智能電子拉力試驗機、測厚儀、壓差法氣體滲透儀

測試意義

　　質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）是一種采用可傳導離子的聚合膜作為電解質(zhì)的燃料電池，因此也被稱(chēng)作聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC）、同體聚合物燃料電池（SPFC）或固體聚合物電解質(zhì)燃料電池（SPEFC）。PEMFC具有高效的能量轉換率，通?？梢赃_到90%，遠高于傳統內燃機的能量轉換效率。PEMFC因其高效、環(huán)保的特性，在新能源汽車(chē)、固定式電站等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。然而，其制造成本和耐久性問(wèn)題仍是制約其大規模商業(yè)化的主要因素。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，PEMFC有望成為一種重要的清潔能源解決方案。

　　而質(zhì)子交換膜作為PEMFC產(chǎn)品的核心部件，不僅具有阻隔作用，還具有傳導質(zhì)子的功能，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到燃料電池的整體性能和效率。因此，研發(fā)企業(yè)及單位對其相關(guān)性能指標給予了重點(diǎn)關(guān)注。

相關(guān)行業(yè)標準

　　目前，國內針對“質(zhì)子交換膜燃料電池"產(chǎn)品關(guān)鍵組件的質(zhì)量檢測出臺了多項行業(yè)標準，例如《GBT 20042.3-2022 質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分：質(zhì)子交換膜測試方法》、《GBT 20042.7-2014 質(zhì)子交換膜燃料電池 第7部分：炭紙特性測試方法》、《GB/T 20042.5-2009質(zhì)子交換膜燃料電池　第5部分：膜電極測試方法》等等。

　　本文將主要圍繞核心組件“質(zhì)子交換膜"，以GBT 20042.3-2022標準為例，為行業(yè)客戶(hù)提供相應的檢測服務(wù)與儀器解決方案。

一、質(zhì)子交換膜氣體透過(guò)率（透氣率/氫氣透過(guò)率）

　　質(zhì)子交換膜作為PEMFC的核心部件之一，它能夠將陰極和陽(yáng)極分隔開(kāi)，阻止燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣）直接混合發(fā)生化學(xué)反應。該作用可以用氣體透過(guò)率來(lái)評價(jià)，氣體透過(guò)率越高，則膜的氣體阻隔性能越差，氫氣和氧氣接觸越多，就會(huì )使得電池兩極電勢差越低，電池的開(kāi)路電壓也就越低。所以，質(zhì)子交換膜材料的氣體透過(guò)率指標也就十分重要，是企業(yè)需要重點(diǎn)監控的性能之一。

　　Labthink自主研發(fā)生產(chǎn)的VAC-V2壓差法氣體滲透儀，是一款專(zhuān)業(yè)用于薄膜試樣的氣體透過(guò)率測試儀，儀器采用壓差法測試原理，符合并滿(mǎn)足GB/T 20042.3-2022《質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分：質(zhì)子交換膜測試方法》標準中對質(zhì)子交換膜的“氣體透過(guò)率"和“氣體透過(guò)系數"指標的測試要求，可專(zhuān)業(yè)用于檢測質(zhì)子交換膜的氣體透過(guò)性能，通過(guò)個(gè)性化定制，可滿(mǎn)足客戶(hù)對材料進(jìn)行易燃易爆氣體如氫氣的透過(guò)率測試。

二、 拉伸強度與斷裂拉伸應變、180°剝離強度測試

　　質(zhì)子交換膜力學(xué)強度指標的好壞直接關(guān)系到材料本身耐機械損傷的能力，從而影響其機械穩定性以及燃料電池堆的使用壽命。標準GBT 20042.3-2022對“拉伸強度"、“斷裂拉伸應變"、“彈性模量"、“180°剝離強度"指標檢測有明確的要求。

　　針對質(zhì)子交換膜的力學(xué)強度檢測，推薦使用Labthink蘭光研發(fā)生產(chǎn)的C610M智能電子拉力試驗機完成試驗。該儀器是一款專(zhuān)業(yè)用于測試各種軟質(zhì)材料拉伸性能等力學(xué)特性的電子拉力試驗機，配置優(yōu)于0.5級的高精度力值傳感器，一臺試驗機集成拉伸、剝離、撕裂、熱封、定伸抗拉、下壓等專(zhuān)業(yè)獨立的測試程序，為用戶(hù)提供多種試驗項目選擇，能夠滿(mǎn)足多種測試需求。結合標準測試要求，C610M拉力試驗機一臺設備就可以完成質(zhì)子交換膜的拉伸高度、斷裂拉伸、180°剝離強度檢測，同時(shí)，配置專(zhuān)業(yè)穿刺力測試夾具，可進(jìn)行膜材的抗穿刺性能測試。一機多用，超(分隔)高性?xún)r(jià)比。

三、 厚度測試

　　質(zhì)子交換膜厚度與燃料電池安全性和性能密切相關(guān)，這是因為質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導阻力是燃料電池輸出壓降的主要組成之一，厚度大則表示傳導阻力大性能低，厚度小則容易壓傷刺穿；另一方面質(zhì)子交換膜中的結合水從陰極側反向擴散到陽(yáng)極側是由兩側之間的含水量梯度驅動(dòng)的，厚度小則含水量梯度大，反向擴散強，從而允許更多的結合水電遷移，提高活性面積內的電流密度。由此可見(jiàn)，企業(yè)對質(zhì)子交換膜厚度參數的確定與監控尤為重要。

　　質(zhì)子交換膜的厚度均勻性測試，推薦使用Labthink蘭光C640測厚儀進(jìn)行測量。C640是一款高精度、高重復性的機械接觸式精密測厚儀，專(zhuān)業(yè)適用于量程范圍內的薄膜、薄片、紙張、瓦楞紙板、紡織材料、非織造布、固體絕緣材料等各種材料的厚度精密測量。儀器搭載了Labthink新一代版控制分析軟件，操作友好、數據處理智能；同時(shí)支持Labthink特(分隔)有的DataShield數據盾系統（可選配置），為用戶(hù)提供極為安全可靠的測試數據和測試報告管理功能。

結論

　　近年來(lái)，新能源燃料電池行業(yè)的發(fā)展持續加速，燃料電池電堆及系統正向大功率快速迭代升級，技術(shù)水平也隨之快速提高。產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，更進(jìn)一步促進(jìn)了行業(yè)的規范化、細節化、具體化，關(guān)注燃料電池控制技術(shù)的研究與把控。在研發(fā)過(guò)程中，科研人員會(huì )通過(guò)優(yōu)化材料選擇、改進(jìn)制備工藝、調整膜結構等方法來(lái)提升質(zhì)子交換膜的性能。除上述主要性能指標外，質(zhì)子交換膜的水分傳導率、溶脹度、電滲系數等也是研發(fā)企業(yè)及單位關(guān)注的重點(diǎn)。