質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉移構成回路，向外界提供電流，因此質(zhì)子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用。質(zhì)子交換膜的質(zhì)量控制是質(zhì)子交換膜燃料電池生產(chǎn)中的關鍵項目，今天我們依據(jù)《GB/T20042.3-2022質(zhì)子交換膜燃料電池第3部分:質(zhì)子交換膜測試方法》來詳細的介紹一下質(zhì)子交換膜的檢測項目和測試方法。
一、力學性能測試
拉伸強度
在給定溫度、濕度和拉伸速度下,在標準質(zhì)子交換膜試樣上施加拉伸力，質(zhì)子交換膜試樣斷裂前所承受的更大拉伸力與試樣的橫截面面積的比值。
彈性模量
質(zhì)子交換膜中,應力應變曲線上初始直線部分的斜率。
斷裂拉伸應變
質(zhì)子交換膜試樣發(fā)生斷裂時,原始標距單位長度的增量。
1、樣品制備與調(diào)節(jié)
（1）質(zhì)子交換膜樣品應沿送試材料縱向和橫向分別等間隔裁取，根據(jù)GB/T1040.3-2006規(guī)定的方法裁成一定尺寸的啞鈴或長條形狀。樣品邊緣應平滑無缺口。
?。?）樣品按每個試驗方向為一組,每組樣品數(shù)應滿足3次有效試驗的要求。
（3）按樣品尺寸要求準確打印或畫出標線。此標線應對樣品不產(chǎn)生任何影響。
?。?）質(zhì)子交換膜樣品應在溫度為23℃+2℃，相對濕度為50%+5%的恒溫恒濕條件下，放置時間至少4h。
2、測試方法
（1）在溫度為23℃+2℃,相對濕度為50%+5%的恒溫恒濕條件下，測量樣品厚度。每個樣品的厚度及寬度應在標距內(nèi)測量3點，取其平均值。厚度測量度為+0.2%，寬度測量度為士0.5%。
?。?）將質(zhì)子交換膜樣品置于MTL-500N智能電子拉力試驗機夾具中,使樣品縱軸與上、下夾具中心連線相重合，并將其夾緊。
（3）試驗速度:測定拉伸強度和斷裂伸長率時，可以采用不同的拉伸速度，在50mm/min~200mm/min范圍內(nèi)選取。對于每種拉伸速度,應分別適用單獨的試樣。
測定彈性模量時，MTL-500N智能電子拉力試驗機選擇的實驗速度應使應變速率接近每分鐘1%標距。
?。?）樣品斷裂后,讀取相應的負荷值。若樣品斷裂在標線以外的部位時，該次試驗無效。
3、結果計算
根據(jù)拉伸應力-應變曲線及膜樣品初始的厚度、寬度數(shù)據(jù)，按公式計算質(zhì)子交換膜的拉伸強度、斷裂拉伸應變和彈性模量。
二、180°剝離強度測試
質(zhì)子交換膜試驗樣品呈長條狀,縱向兩邊平行，試樣寬度為15mm士0.1mm，長度不少于250mm;每組樣條不少于5條。沿試樣方向?qū)秃蠈优c基材預先剝離50mm,被剝開部分不應有明顯損傷。
此項測試可采用MTL-500N拉力試驗機，應使試樣的破壞負載在滿標負荷的15%~85%之間。力值示值誤差不應大于1%。試驗機應以上升速度為300mm/min+10mm/min或合適的速度連續(xù)剝離，并能自動記錄有關位移和負荷。
根據(jù)測試過程記錄的剝離力F，按照公式計算試驗樣品的180°剝離強度:
f=F/15
三、氣體透過率測試
氣體透過率
在恒定溫度和單位壓力差下,穩(wěn)定透過時,單位時間內(nèi)透過質(zhì)子交換膜試樣單位面積的氣體的體積。
氣體透過系數(shù)
在恒定溫度和單位壓力差下，在穩(wěn)定透過時，單位時間內(nèi)透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。
此項測試可選用米萊儀器研發(fā)生產(chǎn)的OGT-G3壓差法氣體滲透儀來進行檢測，采用真空法測試原理，適用于各種包裝材料、高阻隔材料等在各種溫度條件下氣體透過率及擴散系數(shù)、溶解度系數(shù)、滲透系數(shù)的測定。
測試方法
?。?）將壓差法氣體滲透儀的高壓室和低壓室分離，把真空油脂均勻涂抹在低壓室試驗臺測試標志線之外的區(qū)域。
?。?）將一片按照要求裁切好的中速定性濾紙放置于低壓室試驗臺中央空穴的正上方。
（3）將準備好的質(zhì)子交換膜樣品分別平整貼附于涂有油脂的低壓室試驗臺上,確保樣品與油脂接觸區(qū)域無氣泡產(chǎn)生。
?。?）將高壓室與低壓室緊密閉合,開啟水浴循環(huán),溫度控制裝置設定溫度為23℃。
?。?）開啟氣體滲透儀電源開關，打開儀器計算機操作軟件，運行安全氣體(氮氣或其他惰性氣體)置換過程，時間不低于600s。
?。?）安全氣體置換結束后，切換閥門，通入高純氫氣，同時開啟真空泵,高壓室和低壓室同時抽空脫氣至10Pa以下。
?。?）關閉隔斷閥,打開試驗氣瓶和氣源開關向高壓室充試驗氣體高壓室的氣體壓力應在1.0x10Pa~1.1x105Pa范圍內(nèi)。壓力過高時,應開啟隔斷閥排出。
?。?）脫氣結束后,儀器自動關閉高、低壓室排氣閥，開始透氣試驗。
?。?）剔除試驗開始的非線性滲透階段，記錄低壓室的壓力變化值AP和試驗時間t。
?。?0）繼續(xù)試驗直到在相同的時間間隔內(nèi)的低壓室壓力變化保持恒定，達到穩(wěn)定透過。至少取3個連續(xù)時間間隔的壓差值,求其算數(shù)平均值,以此計算該試樣的氣體透過率及氣體透過系數(shù)。
四、厚度均勻性測試
質(zhì)子交換膜的厚度均勻性測試采用精度不低于0.1微米的CHY-CU薄膜測厚儀來進行。
測試樣品可以為正方形或圓形，有效面積至少為100cm2樣品應無折皺、缺陷和破損。在溫度為23℃士2℃,相對濕度為50%士5%條件下放置12h以上。
測試方法
?。?）每次測量前應校準測厚儀的零點,且在每個試樣測量后應重新檢查其零點。
?。?）測量時將測量頭平緩放下，避免樣品變形。測試過程測試頭施加在樣品表面的強度在0.7N/cm2~2N/cm之間選取。
（3）在溫度為23℃+2℃，相對濕度為50%+5%的恒溫恒濕環(huán)境中進行測試。每100cm樣品的測試點不少于30個，且均勻分布。測試點距離樣品邊緣應大于5mm。每組樣品至少3個。
?。?）數(shù)據(jù)處理
樣品的厚度均勻性用厚度更大值與最小值之差以及相對厚度偏差表示。
以上內(nèi)容我們詳細分析了質(zhì)子交換膜的檢測項目和測試方法、細節(jié)等，想了解更多質(zhì)子交換膜檢測知識可咨詢濟南米萊儀器！
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