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燃料电池测试技术介绍

文章作者:来源:www.xax495.com时间:2020-02-20



本文是中国科学院大连化学物理研究所高级工程师在中国汽车科学研究院举办的2019第二届新能源汽车测试与评价技术国际论坛上带来的《燃料电池测试技术介绍》。

报告主要包括以下三个部分:第一,燃料电池关键部件的基本性能测试;第二是燃料电池关键部件的稳定性测试。第三是燃料电池堆的性能测试。目前,国家非常重视汽车燃料电池的发展。特别是近年来,一系列与燃料电池关键部件相关的国家标准不断出台,主要涉及质子交换膜、催化剂、膜电极和双极板的性能测试。

国家标准中涉及的燃料电池关键部件的基本性能测试主要包括:测试质子交换膜的质子交换电导率、离子交换当量、拉伸性能、吸水率、膨胀率、厚度均匀性和透气性;测试了催化剂的铂含量、比表面积、孔容、孔径分布、形貌和粒度分布、催化剂密度和电化学活性面积。测试了复写纸的厚度均匀性、电阻、机械强度、透气性、孔隙率和表观密度。测试了膜电极的厚度均匀性、铂负载量、单电池极化曲线、氢渗透电流、活化极化过电位和欧姆极化过电位。测试双极板的气密性、电阻、面积利用率、厚度均匀性、平整度和电阻。

在实际应用中,除了测试燃料电池关键部件的基本性能外,还必须测试关键部件的稳定性,因为燃料电池堆的整体稳定性取决于其关键部件的稳定性。车辆燃料电池的实际运行条件非常复杂,不同运行条件下燃料电池组件的损坏机理不同。例如,燃料电池启动和关闭过程中产生的氢气-空气界面会腐蚀催化剂载体,负载变化过程中的高电压循环变化会加速催化剂的衰减,怠速过程中的高开路电压不仅会加速催化剂的腐蚀,还会增强自由基对质子交换膜的攻击。在低温冷启动过程中低于0℃的工作环境中,阴极副反应产生的水容易冻结,导致催化层和扩散层堵塞,阻碍反应的进行,水冻结产生的体积变化也会破坏膜电极组件的结构,降低燃料电池的性能。

一般来说,单个组件的性能对燃料电池的整体性能起着决定性的作用,因此在电池组集成之前有必要测试每个组件的工作稳定性。大连化工学院现有的燃料电池测试设备主要包括扫描电子显微镜、万能试验机、电化学工作站、电子负载计、单体电池测试台和交流阻抗计。膜电极的稳定性测试方法包括开路电压法、电位循环法、启停循环法、温湿度循环法和冻融循环法。双极板的稳定性测试方法包括化学腐蚀法和电化学腐蚀法。至于膜电极的稳定性测试,我们选择了伏安法。在测试中,膜电极面积为20-50平方厘米,电压扫描范围为0.6-1.0伏,扫描速率为每秒50毫伏,测试周期为一周。

以下描述了一些燃料电池堆的一般技术条件、低温特性和安全要求。对于燃料电池,人们特别关注燃料电池的安全性能,主要包括氢安全、电气安全和机械冲击安全。燃料电池堆的氢气安全性主要是测试氢气从氢气仓到大气环境、空气仓或水仓的总泄漏量。燃料电池堆的电气安全性主要是测试堆集流体和封装表面暴露的金属部分的绝缘电阻,电池堆的绝缘电阻

燃料电池堆的这些安全性能测试完成并达到标准后,表明该堆可以进入下一阶段的测试,包括测试燃料电池堆的激活特性、极化特性曲线、额定输出功率、峰值输出功率和低温冷启动性能。其中,增加燃料电池堆质子交换膜的含水量可以有效释放膜上的活性位点,降低质子交换膜的传质极化,进而提高催化剂的活性。燃料电池的极化曲线测试是为了反映电池堆内膜电极上催化剂的反应动力学特性、界面电阻、催化剂材料的欧姆电阻以及膜电极在气体传输过程中产生的极化损耗。左下图是示意图,右下图是燃料电池堆的极化曲线。

总之,介绍了燃料电池关键部件的一些试验。基本性能是根据国家标准测试关键部件的一些基本性能。稳定性试验是指一些能源部试验方法和科研机构的一些研究方法,以调查这些关键部件的分级项目的衰减。堆叠试验主要从安全性、性能和杂质的影响方面进行。

来源:第一电力网

作者:中国新能源汽车评价条例

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