質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極工況適應(yīng)性測(cè)試方法（GB/Z27753—2011）

　　1范圍

　　本指導(dǎo)性技術(shù)規(guī)定了質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)膜電極(MEA)典型汽車(chē)運(yùn)行工況測(cè)試方法的術(shù)語(yǔ)和定義、邊界條件、測(cè)試環(huán)境條件、測(cè)試準(zhǔn)備、質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極工況適應(yīng)性測(cè)試實(shí)驗(yàn)及試驗(yàn)報(bào)告。

　　本指導(dǎo)性技術(shù)文件適于符合被檢測(cè)方提出性能要求膜電極，采用活性面積為5×5cm的單進(jìn)測(cè)試，用來(lái)評(píng)價(jià)膜電極(MEA)對(duì)燃料電池典型工況的適應(yīng)性，但不考慮加速測(cè)試壽命和實(shí)際壽命對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　2規(guī)范性引用文件

　　下列文件對(duì)于本文件應(yīng)用是必不可少的凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是注日期的引用，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

　　GB 3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　　GB/T 20042.1質(zhì)子交換膜燃料電池術(shù)語(yǔ)

　　GB/T 20042.5-2009質(zhì)子交換膜燃料電池第5部分：膜電極測(cè)試方法

　　GB/T 24548-2009燃料電池電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)

　　3術(shù)語(yǔ)和定義

　　GB/T 20042.1、GB/T 24548-2009界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本指導(dǎo)性技術(shù)文件。

　　3.1

　　工況operatig condition

　　燃料電池的工作狀態(tài)，本文件的工作狀態(tài)相應(yīng)于汽車(chē)的工作狀態(tài)。

　　3.2

　　典型工況typical condition

　　運(yùn)行時(shí)主要存在的工作狀態(tài)，包括開(kāi)路工況、額定工況、怠速工況和過(guò)載工況等。

　　3.3

　　開(kāi)路工況open circuit condition

　　不加負(fù)載時(shí)的工作狀態(tài)。

　　3.4

　　額定工況rated cndition

　　送檢方規(guī)定的燃料電池能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作的工作狀態(tài)。

　　3.5

　　額定功率rated power

　　燃料電池在額定工況條件下的凈輸出功率。

　　3.6

　　怠速工況idle condition

　　燃料電池處于工作狀態(tài)，但燃料電池系統(tǒng)凈輸出功率為零的狀態(tài)，也就是僅給自身供電而不對(duì)系統(tǒng)外供電的工作狀態(tài)。

　　3.7

　　過(guò)載工況overload condition

　　送檢方規(guī)定的燃料電池的凈輸出功率大于額定功率時(shí)的工作狀態(tài)。

　　3.8

　　怠速-額定循環(huán)工況idle-rated cycle condition

　　燃料電池在怠速工況和額定工況之間交替循環(huán)運(yùn)行。

　　3.9

　　怠速-過(guò)載循環(huán)工況idle-overloading cycle condition

　　燃料電池在怠速工況和過(guò)載工況之間交替循環(huán)運(yùn)行。

　　3.10

　　開(kāi)路-怠速循環(huán)工況open circuit-idle cycle condition

　　燃料電池在開(kāi)路工況和怠速工況之間交替循環(huán)運(yùn)行。

　　3.11

　　組合循環(huán)工況combined cycle condition

　　將燃料電池各典型工況按照對(duì)燃料電池性能影響的比重組合為一個(gè)循環(huán)譜圖，以檢測(cè)燃料電池的性能。

　　注：在測(cè)試中各典型工況既可以用功率和電流表示，也可以用電壓表示，本指導(dǎo)性技術(shù)文件推薦用電壓表示。

　　4邊界條件

　　4.1樣品的邊界條件

　　本指導(dǎo)性技術(shù)文件不考慮下列因素的影響

　　——燃料電池性能；

　　——雙極板的耐久性；

　　——流場(chǎng)板的性能。

　　4.2測(cè)試的邊界條件

　　本指導(dǎo)性技術(shù)文件不考慮下列因素的影響

　　——雜質(zhì)氣體；

　　——低溫啟動(dòng)(小于0℃)；

　　——控制微擾；

　　——工作環(huán)境的振動(dòng)；

　　——突發(fā)事件。

　　5測(cè)試環(huán)境條件

　　本指導(dǎo)性技術(shù)文件的測(cè)試環(huán)境條件為

　　——海拔：＜1000m；

　　——溫度：15℃～30℃；

　　——測(cè)試氣體：

　　·燃料：電解水生成無(wú)CO、SO2、HS等雜質(zhì)的氫氣；

　　·氧化劑：經(jīng)過(guò)干燥處理的無(wú)油空氣，或純度≥99.9％的縮氧氣。

　　——大氣環(huán)境質(zhì)量：二氧化硫、氮氧化物的濃度應(yīng)等于或高于GB 395--996所定義日平均三級(jí)標(biāo)。碳氧化物，碳?xì)浠锖退魵鉂鈶?yīng)等于或高于以下要求：CO2濃度≤0.5×10-6、CO濃度≤1.0×10-6、碳?xì)浠衔餄舛?le;0.5×10-6、水蒸氣濃度≤1×10-6；

　　——加濕水：去離子水的電導(dǎo)率應(yīng)小于0.25μS／cm。

　　6測(cè)試準(zhǔn)備

　　6.1測(cè)儀器和設(shè)備

　　6.1.1集流扳(也作為端板)集流采用鍍金不銹鋼板。

　　6.1.2流場(chǎng)板

　　流場(chǎng)板為采用帶有腦刻繪的蛇形流場(chǎng)的純石墨板。

　　6.1.3燃料池耐久性測(cè)試平臺(tái)

　　采用GB ／T20042.5-2009的測(cè)試平臺(tái)電流精度為≤0.1A調(diào)節(jié)時(shí)間≤100ms；電壓調(diào)節(jié)精度為≤0.01；電壓表量程≥2V。并可以恒電流或／和恒電壓方式放電，放電電流、電壓、時(shí)間按程序可以自動(dòng)控制，電壓調(diào)節(jié)速率可人為設(shè)定。

　　6.2測(cè)試取樣

　　測(cè)試取樣的要求如下：

　　a)測(cè)試樣品MEA：為由質(zhì)子交換膜(Membrane)、催化劑層(Catalystlayer)和氣體擴(kuò)散層(GDL)組成的五合一結(jié)構(gòu)。

　　b)樣品尺寸：為使測(cè)試結(jié)果具有代表性，活性面積為5cm×5cm并對(duì)樣品有效面積之外的四周進(jìn)行密封處理。

　　c)測(cè)試試樣應(yīng)無(wú)油污、無(wú)折皺，也不應(yīng)該有缺陷和破損。

　　d)樣品數(shù)量5個(gè)，以滿足3次有效試驗(yàn)的要求。

　　6.3其他要求

　　測(cè)試準(zhǔn)備的其他要求參見(jiàn)附錄A。

　　7質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極工況適應(yīng)性測(cè)試試驗(yàn)

　　7.1總則

　　本指導(dǎo)性技術(shù)文件的質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極工況適應(yīng)性測(cè)試試驗(yàn)包括單一工況及組合循環(huán)工況的適應(yīng)性測(cè)試。

　　7.2測(cè)試條件設(shè)定

　　根據(jù)送檢方的要求確定工況適應(yīng)性測(cè)試項(xiàng)目。

　　測(cè)試條件根據(jù)送檢方要求可以設(shè)定功率，電流或電壓。本指導(dǎo)性技術(shù)文件推薦在工況適應(yīng)性測(cè)試試驗(yàn)中燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)均用電壓控制。在測(cè)試中，由送檢方提供測(cè)試樣品的各工況操作條件或各工況輸出參數(shù)和極化曲線，檢測(cè)方根據(jù)送檢方要求及提供的數(shù)據(jù)制定測(cè)試方案。

　　7.3燃料電池組裝

　　將送測(cè)樣品與相應(yīng)規(guī)格的流場(chǎng)板、集流板及端板等組裝為單電池，組裝應(yīng)滿足如下條件：

　　a)氣體擴(kuò)散層與雙極板之間的接觸電阻最小。

　　注：可提前進(jìn)行流場(chǎng)板與氣體擴(kuò)散材料接觸電阻測(cè)試，獲得二者之間最小接觸電阻所需央緊力，并根據(jù)如下公式進(jìn)行滿足上述要求的組裝力的計(jì)算：

　　b)擴(kuò)散層厚度方向的壓縮應(yīng)力不破壞膜電極及氣體擴(kuò)散介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。

　　7.4燃料電池試漏

　　7.4.1堵住燃料電池陰極的人口、出口以及陽(yáng)極的出口，向陽(yáng)極的人口通入送檢方規(guī)定的最高工作壓力的測(cè)試氣體(如空氣或氮?dú)?，保持此壓力時(shí)間≥5min。如果氣體壓力降≥5kPa，則認(rèn)為該單電池陽(yáng)

　　極存在外漏。檢查并確定漏氣部位，進(jìn)行相應(yīng)處理；同理，堵住燃料電池陽(yáng)極的人口、出口以及陰極的出口，向陰極的人口通人送檢方規(guī)定的最高工作壓力的測(cè)試氣體(如空氣或氮?dú)?，保持此壓力時(shí)間≥5min。如果氣體壓力降≥5kPa，則認(rèn)為該單電池陰極存在外漏。檢查并確定漏氣部位，進(jìn)行相應(yīng)處理。

　　7.4.2如果沒(méi)有檢測(cè)到外漏，按照7.4.1中相近的方法，堵住陽(yáng)極的出口及陰極的人口，向陽(yáng)極的入口通入送檢方規(guī)定的最高工作壓力的測(cè)試氣體(如空氣或氮?dú)?，保持此壓力時(shí)間≥10min，如果氣體壓力降≥2kPa，則膜電極出現(xiàn)串氣，送檢樣品不能進(jìn)行工況性在線加速測(cè)試。

　　7.5單電池活化

　　7.5.1將單電池安裝到燃料電池測(cè)試平臺(tái)上。

　　7.5.2以反應(yīng)氣體為活化介質(zhì)，按膜電極(MEA)送檢方要求控制操作工況，活化條件由送檢方提出，包括加濕度、氣體的過(guò)量系數(shù)、電池溫度、背壓保持恒定值以及燃料電池運(yùn)行的電流密度和燃料電池運(yùn)行時(shí)間，對(duì)單電池進(jìn)行活化處理。當(dāng)電池在同一電流密度下電壓穩(wěn)定在同一值時(shí)，電池活化完成。

　　7.6開(kāi)路工況試驗(yàn)

　　7.6.1用活化好的單電池測(cè)定極化曲線、催化劑的電化學(xué)活性面積和氫滲透率。測(cè)試方法參見(jiàn)GB ／T20042.52009。

　　7.6.2將單電池在開(kāi)路狀態(tài)保持80h后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件由送檢方提出，包括加濕度、氣體的過(guò)量系數(shù)、電池溫度、背壓保持恒定值等。

　　7.6.3每8h測(cè)定一次單電池的極化曲線、催化劑的電化學(xué)活性面積和氫滲透率，并計(jì)算每次循環(huán)后極化曲線測(cè)試結(jié)果中電流密度為600mA／cm2時(shí)的電壓降、催化劑的電化學(xué)活性面積的減少量和氫滲透率的增加量。

　　7.6.4計(jì)算600mA／cm2時(shí)每小時(shí)的電壓衰減率、電化學(xué)活性面積損失率和氫滲透增加率。

　　7.7怠速工況試驗(yàn)

　　8試驗(yàn)報(bào)告

　　8.1概述

　　根據(jù)所做試驗(yàn)，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)提供足夠多的正確、清晰和客觀的數(shù)據(jù)用來(lái)進(jìn)行分析和參考。報(bào)告應(yīng)包含各章中所有的數(shù)據(jù)。報(bào)告有三種形式，摘要式、詳細(xì)式和完整式。每個(gè)類(lèi)型的報(bào)告都應(yīng)包含相同的標(biāo)題頁(yè)和內(nèi)容目錄。

　　8.2測(cè)試報(bào)告內(nèi)容

　　8.2.1標(biāo)題頁(yè)

　　標(biāo)題頁(yè)應(yīng)介紹下列各項(xiàng)信息：

　　——國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)；

　　——樣品名稱、材料組成、規(guī)格；

　　——試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境；

　　——試驗(yàn)機(jī)型號(hào)；

　　——試驗(yàn)日期、人員。

　　標(biāo)題頁(yè)應(yīng)包括下列各項(xiàng)內(nèi)容：

　　——報(bào)告編號(hào)(可選擇)；

　　——報(bào)告的類(lèi)型(摘要式、詳細(xì)式和完整式)；

　　——報(bào)告的作者；

　　——試驗(yàn)者；

　　——報(bào)告日期；

　　——試驗(yàn)的場(chǎng)所；

　　——試驗(yàn)的名稱；

　　——試驗(yàn)日期和時(shí)間；

　　——試驗(yàn)申請(qǐng)單位。

　　8.2.2內(nèi)容目錄

　　每種類(lèi)型的報(bào)告都應(yīng)提供一個(gè)目錄。

　　8.2.3測(cè)試報(bào)告形式

　　8.2.3.1摘要式報(bào)告

　　摘要式報(bào)告應(yīng)包括下列各項(xiàng)信息：

　　——試驗(yàn)的目的；

　　——試驗(yàn)的種類(lèi)，儀器和設(shè)備；

　　——所有的試驗(yàn)結(jié)果；

　　——每個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的不確定因素和確定因素；

　　——摘要性結(jié)論。

　　8.2.3.2詳細(xì)式報(bào)告

　　詳細(xì)式報(bào)告除包含摘要式報(bào)告的內(nèi)容外，還應(yīng)包括下列各項(xiàng)信息：

　　——試驗(yàn)操作方式和試驗(yàn)流程圖；

　　——儀器和設(shè)備的安排、布置和操作條件的描述；

　　——儀器設(shè)備校準(zhǔn)隋況；

　　——用圖或表的形式說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果；

　　——試驗(yàn)結(jié)果的討論分析。

　　8.2.3.3完整式報(bào)告

　　完整式報(bào)告除了包含詳細(xì)內(nèi)容，還應(yīng)有原始數(shù)據(jù)的副本，此外還應(yīng)包括下列各項(xiàng)信息

　　——試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間；

　　——用于試驗(yàn)的測(cè)量設(shè)備的精度；

　　——試驗(yàn)的環(huán)境條件；

　　——試驗(yàn)者的姓名和資格；

　　——完整和詳細(xì)的不確定度分析。