氢燃料电池炭纸关键性能测试
2025-02-14 11:16:31 来源：labthinkzj
氢燃料电池，是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的一种类型，是用质子交换膜将阳极氢气和阴极氧气的化学能通过电化学反应，转化为电能、热能和其他反应产物的发电装置，具有效率高、环境友好的特点。
炭纸，是氢燃料电池膜电极气体扩散层的常用材料，承担着支撑催化剂层，传递氢气、氧气以及反应产物的重任。要求材料：1、具有适宜的孔隙分布以利于反应气体的传导；2、具有良好的强度以支撑催化层；3、具有合适的厚度，以实现强透气、强支撑和低成本三方面兼顾。
1、透气性
在适宜的孔隙率和孔分布情况下，炭纸应具有良好的透气性。但由于技术与工艺的差异，目前炭纸透气性并没有统一的指标要求，故目前大多企业参考《GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池 第7部分：炭纸特性测试方法》，对炭纸材料的透气性进行自我评估。
测试方面，将炭纸样品密封装夹在透气度仪的测试腔内，使两侧形成密闭的气室，流入气体，使样品两侧保持一定的压力差，软件自动测定在压力差作用下透过样品的气体体积流速，通过计算获得炭纸样品的透气率。
根据测试经验，炭纸的透气量一般较高，故应选择适合量程的仪器。Labthink TQD-G1A透气度测试仪，气体体积流速测量范围为0～30L/min，能满足一般炭纸的透气性能测定。对于高透气性的炭纸材料，支持定制更宽测量范围的仪器。透气度测试仪的压力差设定范围为0～1000Pa,便于用户灵活调整压差设定，从而获得更加精准的透气率值。仪器内置了高精度电子气流、气压传感器，便于精准控制与监测测试过程中气流量和压力变化。
2、拉伸强度
炭纸必须具有适当的机械强度，使其能够独立支撑催化剂层，从而稳定整个电极结构。因此在新型炭纸的机械性能改善研究，以及在提升炭纸的导电率、孔隙率、疏水性等关键指标的性能的同时，需时刻关注拉伸强度等性能数值的变化。
根据《GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池 第7部分：炭纸特性测试方法》的规定，将炭纸裁取长条型试样，置于智能电子拉力机两夹具中，上、下夹具的中心线应与试样受力的方向平行，且在受力过程中保持试样在同一平面。以10mm/min~100mm/min范围内的速度拉伸。样品断裂后，仪器自动计算样品的拉伸强度值。如有需要，样品按纵向和横向分别取样测试，以了解炭纸不同方向上的拉伸强度差异。
3、厚度均匀性
以炭纸为主要材料构成的气体扩散层，厚度越薄越有利于传导气体、减小电阻，但考虑到对催化剂层支撑的强度要求，故应根据不同的应用环境需要设计不同的厚度，并确保炭纸具有良好的厚度均匀性。
根据GB/T 20042.3-2022规定，厚度均匀性测试应选用具有代表性的、无折皱、缺陷、破损的样品制备为有效面积至少100cm2的样品。在标准实验室环境（23℃，50%RH）中，利用接触式测厚仪测试多个均匀分布点位的厚度值，确保每个25cm2样品不少于9个测试点。连续测试3片样品，自动测得炭纸的平均厚度值，由此计算厚度标准偏差、厚度离散系数等值。测试过程中，测厚仪的测量头与样品接触要保持一定的压强，一般推荐5 N/cm2。
当前，Labthink已与新能源行业众多企事业单位以及科研院校携手，积极发挥在仪器研发制造和测试领域的经验优势，聚焦燃料电池产业，开展深入合作，共同推进新能源行业的快速创新发展。
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