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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、固定式電站等領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)及單位對其相關性能指標給予了重點關注。
關鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池、質(zhì)子交換膜、阻隔性能、氣體透過率、氫氣透過、厚度、透氣率、剝離強度、斷裂伸長率、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，通常可以達到90%，遠高于傳統(tǒng)內(nèi)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、固定式電站等領域具有廣闊的應用前景。然而，其制造成本和耐久性問題仍是制約其大規(guī)模商業(yè)化的主要因素。未來，隨著技術的不斷進步和成本的降低，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)及單位對其相關性能指標給予了重點關注。
相關行業(yè)標準
目前，國內(nèi)針對“質(zhì)子交換膜燃料電池"產(chǎn)品關鍵組件的質(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?zhí)匦詼y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)客戶提供相應的檢測服務與儀器解決方案。
一、質(zhì)子交換膜氣體透過率（透氣率/氫氣透過率）
質(zhì)子交換膜作為PEMFC的核心部件之一，它能夠?qū)㈥帢O和陽極分隔開，阻止燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣）直接混合發(fā)生化學反應。該作用可以用氣體透過率來評價，氣體透過率越高，則膜的氣體阻隔性能越差，氫氣和氧氣接觸越多，就會使得電池兩極電勢差越低，電池的開路電壓也就越低。所以，質(zhì)子交換膜材料的氣體透過率指標也就十分重要，是企業(yè)需要重點監(jiān)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，是一款專業(yè)用于薄膜試樣的氣體透過率測試儀，儀器采用壓差法測試原理，符合并滿足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“氣體透過率"和“氣體透過系數(shù)"指標的測試要求，可專業(yè)用于檢測質(zhì)子交換膜的氣體透過性能，通過個性化定制，可滿足客戶對材料進行易燃易爆氣體如氫氣的透過率測試。
二、 拉伸強度與斷裂拉伸應變、180°剝離強度測試
質(zhì)子交換膜力學強度指標的好壞直接關系到材料本身耐機械損傷的能力，從而影響其機械穩(wěn)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。該儀器是一款專業(yè)用于測試各種軟質(zhì)材料拉伸性能等力學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、下壓等專業(yè)獨立的測試程序，為用戶提供多種試驗項目選擇，能夠滿足多種測試需求。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，配置專業(yè)穿刺力測試夾具，可進行膜材的抗穿刺性能測試。一機多用，超(分隔)高性價比。
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，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極側是由兩側之間的含水量梯度驅(qū)動的，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(nèi)的電流密度。由此可見，企業(yè)對質(zhì)子交換膜厚度參數(shù)的確定與監(jiān)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，專業(yè)適用于量程范圍內(nèi)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(shù)據(jù)處理智能；同時支持Labthink特(分隔)有的DataShield數(shù)據(jù)盾系統(tǒng)（可選配置），為用戶提供極為安全可靠的測試數(shù)據(jù)和測試報告管理功能。
結論
近年來，新能源燃料電池行業(yè)的發(fā)展持續(xù)加速，燃料電池電堆及系統(tǒng)正向大功率快速迭代升級，技術水平也隨之快速提高。產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，更進一步促進了行業(yè)的規(guī)范化、細節(jié)化、具體化，關注燃料電池控制技術的研究與把控。在研發(fā)過程中，科研人員會通過優(yōu)化材料選擇、改進制備工藝、調(diào)整膜結構等方法來提升質(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(shù)等也是研發(fā)企業(yè)及單位關注的重點。
