2024堿性膜燃料電池 第一部分 膜性能試驗(yàn)方法

IV堿性膜燃料電池第一部分膜性能試驗(yàn)方法1范圍本文件描述了陰離子交換膜的厚度均勻性測(cè)試、離子電導(dǎo)率測(cè)試、離子交換容量測(cè)試、透氣率測(cè)試、拉伸性能測(cè)試、溶脹率測(cè)試、吸水率測(cè)試、堿穩(wěn)定性測(cè)試等。本文件適用于傳導(dǎo)OH-的陰離子交換膜，可應(yīng)用于水電解制氫、燃料電池、CO2還原等電化學(xué)設(shè)備。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T20042.1-2017質(zhì)子交換膜燃料電池第1部分：術(shù)語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(cè)試方法GB/T1040.3-2006塑料拉伸性能的測(cè)定第3部分：薄膜和薄片的試驗(yàn)條件(ISO527-3：1995，IDT)GB/T6672-2001塑料薄膜和薄片厚度測(cè)定機(jī)械測(cè)量法GB/T11992-2008氯型強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂交換容量測(cè)定方法GB/T5760-2000氫氧型陰離子交換樹脂交換容量測(cè)定方法GB/T5475-2013離子交換樹脂取樣方法GB/T5476-2013離子交換樹脂預(yù)處理方法3術(shù)語和定義GB/T20042.1-2017界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1氫氧根離子電導(dǎo)率OH-ionconductivity膜傳導(dǎo)OH-離子的能力，是電阻率的倒數(shù)，單位為S/cm。注1：是衡量膜的OH-離子傳導(dǎo)能力的一項(xiàng)電化學(xué)指標(biāo)，它反映了OH-離子在膜內(nèi)遷移速率的大小。3.2離子交換容量ionexchangecapacity（IEC）單位質(zhì)量干膜所含離子基團(tuán)的量，單位為mmol/g。3.3拉伸強(qiáng)度tensilestrength在給定溫度、濕度和拉伸速度下，在膜試樣上施加拉伸力，試樣斷裂前所承受的最大拉伸力與試樣的橫截面面積的比值，單位為MPa。注1：OH-易于空氣中的CO2反應(yīng)生成碳酸（氫）根，導(dǎo)致膜材內(nèi)部的離子形式難以控制，影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。基于此，為保證膜的離子形式一致，測(cè)試前將試樣浸泡于1MNaHCO3中，80℃下水浴處理24h至離子交換充分（或者60℃下水浴處理48h），使離子形式完全轉(zhuǎn)換為HCO3-。然后用去離子水清洗干凈膜材，將膜材置于80℃下烘干后即可進(jìn)行拉伸測(cè)試。注2：橫向拉伸強(qiáng)度：表示平行于膜卷軸方向的膜的拉伸強(qiáng)度，以σTD表示。注3：縱向拉伸強(qiáng)度：表示垂直于膜卷軸方向的膜的拉伸強(qiáng)度，以σMD表示。3.4彈性模量Elasticmodulus陰離子交換膜應(yīng)力應(yīng)變曲線直線部分的斜率，單位為MPa。注1：橫向拉伸彈性模量：表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸彈性模量，用ETD表示。注2：縱向拉伸彈性模量：表示垂直于膜卷軸向的膜的拉伸彈性模量，用EMD表示。注3：推薦應(yīng)力應(yīng)變曲線上應(yīng)變分別為ε1=0.5%和ε2=2.5%的兩個(gè)點(diǎn)的斜率為彈性模量。注4：彈性模量用E表示。3.5斷裂拉伸應(yīng)變tensilestrainatbreak試樣發(fā)生斷裂時(shí)原始標(biāo)距單位長(zhǎng)度的百分增量，單位為%。注1：橫向斷裂拉伸應(yīng)變：表示平行于膜卷軸向的膜的斷裂拉伸應(yīng)變，以εTD表示。注2：縱向斷裂拉伸應(yīng)變：表示垂直于膜卷軸方向膜的斷裂拉伸應(yīng)變，以εMD表示。3.6氣體透過率gaspermeationrate在恒定溫度和單位壓力差下，單位時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定透過試樣單位面積的氣體體積。注：氣體透過率用標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示，單位為立方厘米每平方米天帕[cm3/(m2·d·Pa)]。3.7氣體透過系數(shù)gaspermeationcoefficient在恒定溫度和單位壓力差下，單位時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定透過試樣單位厚度、單位面積的氣體體積。注：氣體透過系數(shù)用標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積表示，單位為立方厘米厘米每平方米秒帕[cm3·cm/(m2·s·Pa)]。3.8吸水率wateruptake給定溫度下單位質(zhì)量干膜的吸水百分量，單位為質(zhì)量百分比（wt%）。3.9溶脹率swellingrate相對(duì)于干膜在橫向、縱向和厚度方向的尺寸變化百分量，單位為%。注：橫向、縱向和厚度方向的尺寸變化，分別記為TD、MD和Z軸。3.10堿穩(wěn)定性alkalinestability在給定溫度和堿濃度下處理一定時(shí)間后，堿性膜的IEC和OH-離子電導(dǎo)率的百分變化量，單位為%。注1：IEC損失率以?C表示；注2：離子電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)損失率以??表示。

4厚度均勻性測(cè)試4.1測(cè)試儀器測(cè)厚儀：精度不低于0.1μm?？ǔ撸壕炔坏陀?.02mm，用于測(cè)試膜的長(zhǎng)度和寬度。詳細(xì)的測(cè)試準(zhǔn)備內(nèi)容見附錄A，測(cè)試報(bào)告的內(nèi)容見附錄B，下同。4.2樣品制備與狀態(tài)調(diào)節(jié)4.2.1樣品制備樣品可以為正方形或圓形，有效面積至少為100cm2。樣品應(yīng)無折皺、缺陷和破損。4.2.2樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)樣品在溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為50±10%條件下放置12h以上。4.3測(cè)試方法a)量前應(yīng)校準(zhǔn)測(cè)厚儀的零點(diǎn)，且在每個(gè)試樣測(cè)量后應(yīng)重新檢查其零點(diǎn)。b)將測(cè)量頭平緩放下，避免樣品變形。測(cè)試過程測(cè)試頭施加在樣品表面的強(qiáng)度在0.7-2N/cm2之間選取。c)為23±2℃，相對(duì)濕度為50±10%的恒溫恒濕環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。每100cm2的測(cè)試點(diǎn)不少于30個(gè)，且均勻分布，測(cè)試點(diǎn)距離樣品邊緣應(yīng)大于5mm。每組樣品至少3個(gè)。4.4數(shù)據(jù)處理樣品的厚度均勻性用厚度最大值與最小值之差以及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。厚度極差按式（1）計(jì)算： (1)式中：——膜的厚度極差，單位為微米（μm）；——測(cè)量區(qū)域內(nèi)膜的厚度測(cè)量最大值，單位為微米（μm）；——測(cè)量區(qū)域內(nèi)膜的厚度測(cè)量最小值，單位為微米（μm）。平均厚度按式（2）計(jì)算： (2)式中：——膜的平均厚度，單位為微米（μm）；——某一點(diǎn)膜的厚度測(cè)量值，單位為微米（μm）；——測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。厚度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差按式（3）計(jì)算： (3)式中：——膜厚度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差；——某一點(diǎn)膜的厚度測(cè)量值，單位為微米（μm）；——膜的平均厚度，單位為微米（μm）；——測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。

5OH-離子電導(dǎo)率測(cè)試簡(jiǎn)要的原理分析見附錄C。5.1測(cè)試儀器螺旋測(cè)微器：精度不低于0.1μm。卡尺：精度不低于0.01mm。電化學(xué)測(cè)試阻抗儀：阻抗頻率范圍為0.1Hz-1MHz。測(cè)試系統(tǒng)：陰離子交換膜的OH-離子電導(dǎo)率是通過如圖1所示的離子電導(dǎo)率測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得。該系統(tǒng)由溫濕度控制系統(tǒng)，直流電源，離子電導(dǎo)率測(cè)試裝置等組成，可以實(shí)現(xiàn)陰離子交換膜在不同溫度、濕度下的離子電導(dǎo)率測(cè)試。圖1離子電導(dǎo)率測(cè)試系統(tǒng)示意圖標(biāo)引序號(hào)說明：1——溫濕度控制系統(tǒng)；2——直流電源；3——離子電導(dǎo)率測(cè)試裝置。5.2測(cè)試流程5.2.1測(cè)試樣品準(zhǔn)備裁切10mm×45mm的膜作為樣品。將樣品放入1MKOH水溶液中，在80℃下處理24h。完成后用去離子水洗滌至中性并保存于去離子水中。測(cè)試前用測(cè)厚儀與直尺分別測(cè)量陰離子交換膜厚度與寬度，分別取三處測(cè)試的平均值為寬度a、厚度b。每組樣品至少取3個(gè)點(diǎn)。注：不同溫度下處理時(shí)間不同。建議80℃下水浴處理24h，60℃下水浴處理48h。5.2.2測(cè)試夾具組裝a)導(dǎo)率測(cè)試裝置如圖2所示，采用四電極探針法來測(cè)試。首先，將樣品平鋪于鉑絲電極上方，保證樣品與鉑絲電極的良好接觸、無折皺，然后輕置上蓋，并用扳手將螺絲擰緊，擰緊后樣品應(yīng)該無突起現(xiàn)象，完成測(cè)試模塊的組裝。b)具作為電導(dǎo)率測(cè)試的固定裝置，包含端板、集流板、石墨板（帶流場(chǎng)）、密封墊片等部分，測(cè)試前依序組裝，其中測(cè)試模塊位于兩片石墨板之間，組裝完成后用扭力扳手采取對(duì)角對(duì)稱方式用1N、3N、5N的力依次擰緊螺絲，確保單池受壓對(duì)稱。c)好的測(cè)試夾具與溫濕度控制系統(tǒng)連接。連接完成后，通N2（99.999%，下同）吹掃，兩側(cè)流速均設(shè)定為500sccm。增濕條件設(shè)定為100%RH，保證管線的溫度比測(cè)試裝置溫度高5℃；實(shí)際測(cè)試溫度依據(jù)需求進(jìn)行設(shè)定。然后啟動(dòng)溫濕度裝置，等達(dá)到設(shè)定的條件后開始電解過程，全程保持N2吹掃，氣體流量不變。圖2(a)OH-離子電導(dǎo)率測(cè)試模塊；(b)測(cè)試夾具組裝圖5.2.3電解過程采用恒電流法對(duì)需測(cè)試的膜材進(jìn)行電解處理，在2V的電解過電勢(shì)內(nèi)可對(duì)電解電流值進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)實(shí)際的測(cè)試需求。在電解過程中，電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使陰離子交換膜中的碳酸（氫）根離子以CO2氣體形式排出,直到膜中所有陰離子原位交換為OH?[1]。電解是否達(dá)到平衡依據(jù)測(cè)試過程過電勢(shì)變化情況判斷，一般電解至過電勢(shì)波動(dòng)值小于1%時(shí)，判定電解過程結(jié)束，系統(tǒng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。注1：陰離子交換膜中的OH-易與空氣中的CO2反應(yīng)形成HCO3-/CO32-，導(dǎo)致所測(cè)離子電導(dǎo)率偏離真實(shí)值，故采用電解法進(jìn)行測(cè)量[1]。注2：考慮低電流電解耗時(shí)長(zhǎng)以及高電壓可能導(dǎo)致高分子材料氧化等因素，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況設(shè)定適宜的電解電流（設(shè)定截止電壓為2V，在2V內(nèi)可調(diào)節(jié)電流）。圖3直流電解法示意圖5.2.4EIS測(cè)試過程電解平衡后進(jìn)行EIS測(cè)試，選擇電流擾動(dòng)模式，頻率范圍為0.1Hz-1.0MHz，擾動(dòng)幅度為1mA。注：EIS是一種以小振幅正弦波信號(hào)為擾動(dòng)信號(hào)的電化學(xué)測(cè)量方法，作為擾動(dòng)信號(hào)的電流正弦波的幅度設(shè)置不宜過大，使擾動(dòng)和體系的響應(yīng)近似呈線性關(guān)系，從而使測(cè)試結(jié)果的數(shù)學(xué)處理簡(jiǎn)易化。圖4四電極探針法測(cè)試EIS示意圖5.3數(shù)據(jù)處理在測(cè)得的阻抗譜圖中，從譜線的低頻部分[2][3][4]與實(shí)軸的交點(diǎn)讀取膜樣品的阻抗值R，根據(jù)式（4）計(jì)算出樣品的in-plane離子電導(dǎo)率：σ=l/(a×b×R) （4）式中：σ——為樣品的in-plane離子電導(dǎo)率，單位為西門子每厘米（S/cm）；l——為電極間距離，單位為厘米（cm）；a——為膜樣品的寬度，單位為厘米（cm）；b——為膜樣品的厚度，單位為厘米（cm）；R——為膜樣品的測(cè)量阻抗，單位為歐姆（Ω）。圖5四電極探針法測(cè)試AEM膜離子電導(dǎo)率示意圖注：取3片樣品為一組，計(jì)算出平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。6離子交換容量測(cè)試（IEC）6.1所需儀器及工具儀器：電位滴定儀等。工具：電子分析天平（靈敏度0.1mg）、500mL玻璃燒杯、容量瓶、圓底燒瓶、濾紙等。6.2溶液配制a）1MKOH溶液：準(zhǔn)確稱取56.11g分析純KOH，加純水溶解后稀釋至1L塑料容量瓶中。b）1MNaCl溶液：準(zhǔn)確稱取58.44g分析純NaCl，加純水溶解后稀釋至1L玻璃容量瓶中。c）0.02M標(biāo)準(zhǔn)NaCl溶液：準(zhǔn)確稱取0.2922g優(yōu)級(jí)純NaCl，加純水溶解后稀釋至250mL玻璃容量瓶中。d）0.1MNaNO3溶液：準(zhǔn)確稱取8.499g分析純NaNO3，加純水溶解后稀釋至1L玻璃容量瓶中。e）0.01MAgNO3溶液：標(biāo)準(zhǔn)液，無需配置。6.3樣品準(zhǔn)備6.3.1樣品裁切將待測(cè)試膜樣品裁剪成特定尺寸大?。?cm×5cm）。6.3.2OH-離子交換稱取尺寸為5cm×5cm的膜材料樣品數(shù)片（總質(zhì)量在0.4-0.6g），浸泡于200ml1MKOH中，在80℃水浴中浸泡24h。把膜中的陰離子交換成氫氧根離子，得到OH-型的膜。若膜本身為氫氧根離子型則不需要進(jìn)行此過程。注：離子交換溫度可依據(jù)膜材本身性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。如80℃下交換24h，60℃下交換48h，下同。6.3.3Cl-離子交換將上述氫氧根離子型的膜取出，將其浸泡于200ml、1MNaCl中，在80℃下水浴中浸泡24h。注：離子交換溫度可依據(jù)膜材本身性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。如80℃下交換24h，60℃下交換48h。6.3.4NO3-離子交換將上述氯離子型膜取出，用去離子水充分洗滌，以確保膜上殘留的NaCl完全去除。用濾紙吸干膜表面的水分，放置于200mL的0.1MNaNO3（V1）溶液中，在一定溫度下，水浴中浸泡一段時(shí)間，將膜中的氯離子完全交換到NaNO3溶液中。6.4測(cè)試6.4.1標(biāo)定0.01MAgNO3溶液（電位滴定）用移液槍準(zhǔn)確量取5.00mL標(biāo)準(zhǔn)NaCl溶液于滴定杯中，用0.01MAgNO3溶液滴定標(biāo)準(zhǔn)NaCl溶液，達(dá)到滴定終點(diǎn)，記錄消耗的AgNO3溶液的體積，平行滴定3次，取平均值，計(jì)算出AgNO3溶液的準(zhǔn)確濃度，記為CAgNO3。6.4.2滴定氯離子（電位滴定）向滴定杯中加入10mL充分浸泡了氯離子型膜的NaNO3（V2）溶液，用6.4.1已標(biāo)定好的0.01MAgNO3進(jìn)行滴定，直至達(dá)到滴定終點(diǎn)，平行滴定3次，取平均值，記錄消耗的AgNO3溶液的體積，記為VAgNO3。6.5稱重最后將膜取出用去離子水充分洗滌，在80℃烘箱中充分烘干后，3min內(nèi)拿出并稱取干態(tài)膜的質(zhì)量，記為mdry。6.6數(shù)據(jù)處理IEC計(jì)算式為（5）：（5）式中：——為OH-型膜的離子交換容量，單位是mmol/g；CAgNO3——為標(biāo)定的AgNO3溶液的準(zhǔn)確濃度，單位是mol/L，取三次滴定結(jié)果的平均值；VAgNO3——為滴定氯離子消耗的AgNO3溶液的體積，單位是L，取三次滴定用量的平均值；V1——為用于浸泡氯型膜的NaNO3溶液體積，單位是L；V2——為參與電位滴定的NaNO3溶液體積，單位是L；——為滴定烘干后干態(tài)的膜（NO3-）的質(zhì)量，單位是g。注：取3組樣品為一組，計(jì)算出平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。7透氣率測(cè)試7.1壓差法測(cè)試7.1.1測(cè)試儀器差法氣體滲透儀：檢測(cè)最低限≥0.05cm3/(m2·d·Pa)，真空分辨率±0.1Pa；結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。真空泵：可使低壓室中的真空度抽至10Pa以下。水浴循環(huán)溫度控制裝置：溫度控制精度為±0.05℃。圖6氣體滲透儀7.1.2樣品制備樣品應(yīng)具有代表性，無折皺或可見的缺陷。樣品一般為圓形，其直徑取決于所使用的儀器，樣品數(shù)應(yīng)滿足3次有效平行試驗(yàn)的要求。樣品測(cè)試前應(yīng)在溫度80℃條件下干燥至少4h。7.1.3測(cè)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(yàn)臺(tái)測(cè)試標(biāo)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(yàn)臺(tái)中央空穴的正上方。將準(zhǔn)備好的樣品分別平整貼附于涂有油脂的低壓室試驗(yàn)臺(tái)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(shè)定溫度為23±2℃。開啟氣體滲透儀電源開關(guān)，打開儀器計(jì)算機(jī)操作軟件，運(yùn)行安全氣體(氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w)置換過程，時(shí)間不低于600s。安全氣體置換結(jié)束后，切換閥門，通入高純氫氣，同時(shí)開啟真空泵，高壓室和低壓室同時(shí)抽空脫氣至10Pa以下。關(guān)閉隔斷閥，打開試驗(yàn)氣瓶和氣源開關(guān)向高壓室充試驗(yàn)氣體，高壓室的氣體壓力應(yīng)在1.0×105Pa~1.1×105Pa范圍內(nèi)。壓力過高時(shí)，應(yīng)開啟隔斷閥排出。脫氣結(jié)束后，關(guān)閉高、低壓室排氣閥，開始透氣試驗(yàn)。剔除試驗(yàn)開始的非線性滲透階段，記錄低壓室的壓力變化值ΔP和試驗(yàn)時(shí)間t。繼續(xù)試驗(yàn)直到在相同的時(shí)間間隔內(nèi)的低壓室壓力變化保持恒定，達(dá)到穩(wěn)定透過。至少取3個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔的壓差值，求其算數(shù)平均值，以此計(jì)算該試樣的氣體透過率及氣體透過系數(shù)。7.1.4數(shù)據(jù)處理氣體透過率用式（6）計(jì)算：式中:——試樣的氣體透過率，單位為立方厘米每平方米天帕[cm3/(m2·d·Pa)]；——穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)低壓室氣體壓力變化的算術(shù)平均值，單位為帕每時(shí)(Pa/h)；V——低壓室體積，單位為立方厘米(cm3)；S——試樣的滲透面積，單位為平方米(m2)；T——試驗(yàn)溫度，單位為開爾文(K)；P1-P2——試樣兩側(cè)的壓差，單位為帕(Pa)；T0,P0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度(273.15K)和壓力(1.013×105Pa)。氣體透過系數(shù)，用式（7）計(jì)算：式中:Pg——試樣的氣體透過率，單位為立方厘米厘米每平方厘米秒帕[cm3·cm/(m2·s·Pa)]；——穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)低壓室氣體壓力變化的算術(shù)平均值，單位為帕每秒(Pa/s)；T——試驗(yàn)溫度，單位為開爾文(K)；D——試樣的厚度，單位為厘米(cm)。注1：對(duì)于給定的測(cè)試儀器，低壓室體積V和試樣的滲透面積S是一常數(shù)。注2：試驗(yàn)結(jié)果以每組試樣的算術(shù)平均值表示。7.2電化學(xué)滲氫電流測(cè)試7.2.1測(cè)試儀器燃料電池單池：流場(chǎng)面積5*5cm2。扭力扳手：采取對(duì)角對(duì)稱方式用1、3、5N的力依次擰緊，確保燃料電池受壓對(duì)稱。溫濕度控制系統(tǒng)：陽極（H2）氣體流量為250sccm,陰極（N2）氣體流量為500sccm，背壓為0kPa。電化學(xué)工作站：電壓測(cè)試范圍0～0.5V，掃速2mV/s。7.2.2樣品制備a)由JM40%Pt/C催化劑搭配陰離子交換樹脂溶液進(jìn)行制漿，每毫升漿料中含4mgPt/C和1mg離聚物，CCM兩面Pt載量均為0.4mg/cm2。b)子交換膜表面噴涂催化劑得到催化劑涂覆膜（CCM），制備雙面催化層對(duì)稱的CCM，離子膜全尺寸為7*7cm2，中間活性區(qū)域?yàn)?*5cm2，活性面積之外的四周做密封處理。c)將試樣浸泡于裝有1MKOH的燒杯中，80℃水浴處理24h至離子交換充分，使試樣離子形式為OH-（離子交換溫度可調(diào)，60℃下水浴處理48h）。7.2.3單電池準(zhǔn)備a)把CCM和氣體擴(kuò)散層等組件組裝在單電池中，壓強(qiáng)在0.5-1.2MPa范圍。除盡電池內(nèi)部的空氣，潤(rùn)濕膜電極（使截止電壓約為0.1±0.02V，此過程約需要30min，以使電池充分潤(rùn)濕）。b)氫氮吹掃：陽極氫氣流量為250sccm，陰極氮?dú)饬髁繛?00sccm，兩種氣體均100%RH增濕，具體溫度依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定（為避免水蒸氣在電池進(jìn)出口管線中冷凝，管線設(shè)定溫度一般高于單池溫度5℃）。7.2.4滲氫電流測(cè)試氫氮測(cè)試：陽極氫氣流量為250sccm，陰極氮?dú)鈿怏w流量為500sccm；電壓測(cè)試范圍0～0.5V（vsRHE），掃速2mV/s，測(cè)試背壓可依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。陰極接工作電極，陽極接對(duì)電極與參比電極，按測(cè)試參數(shù)設(shè)置測(cè)試程序測(cè)試極化曲線。7.2.5數(shù)據(jù)處理典型的透氫電流測(cè)試曲線如圖7所示：圖7氫滲透曲線注1：為了消除電容充電電流的影響，掃描速率應(yīng)該盡可能??；注2：燃料電池陰極鉑表面的氫脫附反應(yīng)發(fā)生在小于0.35V區(qū)域，因此在高電位區(qū)域，氫脫附過程已經(jīng)結(jié)束。為排除氫脫附過程的干擾，滲透電流值應(yīng)選取大于0.35V區(qū)域電壓對(duì)應(yīng)電流，如0.4V處對(duì)應(yīng)的電流值。按照式（8）計(jì)算膜電極的透氫電流密度：式中：icross——膜電極樣品的透氫電流密度；Icross——從電化學(xué)方法測(cè)試的氫滲透曲線平臺(tái)部分讀取的電流值（一般取0.4V左右的電流值），單位為安（mA）；SMEA——膜電極樣品的有效面積，單位為平方厘米（cm2）。8拉伸性能測(cè)試8.1儀器與設(shè)備8.1.1試驗(yàn)機(jī)任何能滿足本章試驗(yàn)要求的試驗(yàn)機(jī)均可。8.1.2試驗(yàn)夾具試驗(yàn)夾具不應(yīng)引起試樣在夾具處斷裂。施加負(fù)荷時(shí)，應(yīng)滿足試樣的縱軸與通過夾具中心線的拉伸方向重合。8.1.3測(cè)厚儀和卡尺測(cè)厚儀：精度不低于0.1μm?？ǔ撸壕炔坏陀?.02mm，用于測(cè)試膜的長(zhǎng)度和寬度。8.2樣品制備與調(diào)節(jié)樣品應(yīng)為碳酸根型膜，制備方式如3.3所述。樣品應(yīng)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(zhǎng)條形狀。樣品邊緣應(yīng)平滑無缺口，可用低倍放大鏡檢查缺口，舍去邊緣有缺陷的樣品。樣品按每個(gè)試驗(yàn)方向?yàn)橐唤M，每組樣品數(shù)應(yīng)滿足3次有效試驗(yàn)的要求。按樣品尺寸要求準(zhǔn)確打印或畫出標(biāo)線。此標(biāo)線應(yīng)對(duì)樣品不產(chǎn)生任何影響。樣品調(diào)節(jié)：樣品應(yīng)在溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為50±10%的恒溫恒濕條件下，放置時(shí)間至少4h。注：為保證膜的離子形式一致，測(cè)試前于1MNaHCO3、80℃條件下處理膜材，再用去離子水清洗膜材，最后烘干進(jìn)行拉伸測(cè)試。8.3形狀與尺寸應(yīng)優(yōu)先選用寬度為25mm-38mm、長(zhǎng)度不小于152mm的啞鈴型試樣(ⅰ型試樣，見圖8)，試樣中部應(yīng)有間隔為50mm的兩條平行標(biāo)線，有些薄膜材料斷裂時(shí)有很高的伸長(zhǎng)量，可能超過試驗(yàn)機(jī)的行程限度，此時(shí)，允許把夾具間的初始距離減少到50mm。圖8ⅰ型試樣b1——窄平行部分寬度（計(jì)算取用寬度）；b2——端部寬度；h——端部厚度；L0——標(biāo)距長(zhǎng)度；L——夾具間的初始距離；L3——總長(zhǎng)度；r1——小半徑；r2——大半徑。對(duì)于機(jī)織布或者無紡布類型的陰離子交換膜，選用寬度為10mm-25mm，長(zhǎng)度不小于150mm的長(zhǎng)條試樣(即ii型試樣，見圖9)，試樣中部應(yīng)有間隔為50mm的兩條平行標(biāo)線。圖9ⅱ型試樣b——寬度（計(jì)算取用寬度）；h——厚度；L0——標(biāo)距長(zhǎng)度；L——夾具間的初始距離；L3——總長(zhǎng)度。8.4測(cè)試方法在溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為50±10%的恒溫恒濕條件下，測(cè)量樣品厚度及寬度。每個(gè)樣品的厚度及寬度應(yīng)在標(biāo)距內(nèi)測(cè)量3個(gè)點(diǎn)，取其平均值。厚度測(cè)量精確度為±0.2%，寬度測(cè)量精確度為±0.5%。將樣品置于試驗(yàn)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（圖10）。試驗(yàn)速度：測(cè)定拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率時(shí)可以采用不同的拉伸速度，在50mm/min~200mm/min范圍內(nèi)選取。對(duì)于每種拉伸速度，應(yīng)分別適用單獨(dú)的試樣。樣品斷裂后，讀取相應(yīng)的負(fù)荷值。若樣品斷裂在標(biāo)線以外的部位時(shí)，該次試驗(yàn)無效。圖10樣品的加持方式8.5結(jié)果表示和計(jì)算8.5.1拉伸強(qiáng)度8.5.1.1ⅰ型試樣根據(jù)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及膜樣品初始的厚度、寬度數(shù)據(jù)，按式(9)計(jì)算膜的拉伸強(qiáng)度： （9）式中：σ——膜的最大拉伸強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；F——最大負(fù)荷，單位為牛（N）；——樣品寬度，單位為毫米（mm）；d——樣品厚度，單位為毫米（mm）。注：取3個(gè)樣品為一組，計(jì)算出平均值為試驗(yàn)結(jié)果。8.5.1.2ii型試樣根據(jù)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及膜樣品初始的厚度、寬度數(shù)據(jù)，按式(10)計(jì)算膜的拉伸強(qiáng)度： （10）式中：σ——膜的最大拉伸強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；F——最大負(fù)荷，單位為牛（N）；b——樣品寬度，單位為毫米（mm）；d——樣品厚度，單位為毫米（mm）。注：取3個(gè)樣品為一組，計(jì)算出平均值為試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)標(biāo)距，按式(11)計(jì)算膜試樣的斷裂拉伸應(yīng)變： （11）式中：——膜試樣的斷裂拉伸應(yīng)變，單位為%；——膜試樣的標(biāo)距，單位為毫米(mm）；——膜試樣標(biāo)記間長(zhǎng)度的增量，單位為毫米(mm)。注：取3個(gè)樣品為一組，計(jì)算出平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。8.5.2彈性模量根據(jù)兩個(gè)規(guī)定的應(yīng)變值按式（12）計(jì)算出由3.4定義的彈性模量： （12）式中：E——彈性模量，單位為兆帕（MPa）；σ1——應(yīng)變值=0.5%時(shí)測(cè)量的應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；σ2——應(yīng)變值=2.5%時(shí)測(cè)量的應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）。注：取3個(gè)樣品為一組，計(jì)算出平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。9溶脹率測(cè)試9.1測(cè)試儀器測(cè)厚儀：精度不低于0.1μm?？ǔ撸壕炔坏陀?.02mm，用于測(cè)試膜的長(zhǎng)度和寬度。恒溫水?。簻囟瓤刂凭葹椤?.2℃。9.2樣品制備與狀態(tài)調(diào)節(jié)樣品的制備：沿著平行于膜卷軸方向截取長(zhǎng)×寬=40mm×20mm的樣條作為橫向尺寸變化率的測(cè)試樣條；沿著垂直于膜卷軸方向截取長(zhǎng)×寬=40mm×20mm的樣條作為縱向尺寸變化率的測(cè)試樣條。樣品數(shù)量至少為3個(gè)，應(yīng)無折皺、缺陷和破損。樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)：試驗(yàn)樣品應(yīng)在溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為50±10%的恒溫恒濕條件下，放置時(shí)間至少4h。9.3測(cè)試方法a)在溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為50±10%的恒溫恒濕條件下，用卡尺測(cè)量樣品的初始長(zhǎng)度L0，用測(cè)厚儀測(cè)試樣品的厚度d0。b)陰離子交換膜因其制備工藝的差異，通常有Cl-、Br-、I-等不同離子形式，故需對(duì)試樣進(jìn)行前處理。將樣品在特定的溫度下（如80℃），浸泡在裝有1MKOH的燒杯中，水浴處理24h，得到氫氧根離子型的膜，再用去離子水清洗（若膜本身為氫氧根離子型則不需要進(jìn)行這一過程）。注：離子交換溫度及處理時(shí)間可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，如60℃下處理48h。c)將上述樣品放入溫度80±2℃的溫水浴中保持至少2h。測(cè)試溫度也可由委托方和測(cè)試方協(xié)商確定。d)將樣品從恒溫水浴中取出，平鋪于測(cè)量平臺(tái)上，并迅速測(cè)量其長(zhǎng)度L1和厚度d1。9.4數(shù)據(jù)處理根據(jù)試樣在橫向和縱向方向的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，按照式(13)計(jì)算樣品的橫向縱向尺寸變化率： （13）式中：——橫（縱）向變化率；——樣品在恒溫水浴浸泡后的尺寸，單位為微米（μm）；——樣品的初始尺寸，單位為微米（μm）。根據(jù)試樣厚度數(shù)據(jù)，按照式(14)計(jì)算樣品的橫向變化率和縱向尺寸變化率： （14）式中：——厚度變化率；——樣品在恒溫水浴浸泡后的厚度尺寸，單位為微米（μm）；——樣品的初始厚度尺寸，單位為微米（μm）。注：取3個(gè)樣品為一組，計(jì)算出平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。10吸水率測(cè)試10.1測(cè)試儀器分析天平：分度值為0.1mg。烘箱：能控制在80±2℃。恒溫水?。簻囟瓤刂凭葹椤?.2℃。10.2樣品制備根據(jù)GB/T1446-2005的規(guī)定，截取邊長(zhǎng)50mm±1mm的方形或直徑為50mm±1mm的圓形試樣作為待測(cè)樣品。樣品數(shù)量至少為3個(gè)，應(yīng)無折皺缺陷和破損。10.3測(cè)試方法a)將樣品于80℃下浸泡在裝有1MKOH的燒杯中，水浴處理24h，得到氫氧根離子型的膜，再用去離子水清洗（若膜本身為氫氧型則不需要進(jìn)行這一過程）。注：離子交換溫度及處理時(shí)間可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，如60℃下處理48h。b)用去離子水將上述得到的膜表面上的游離堿洗掉，浸泡在去離子水中，80℃水浴處理2h，使膜充分吸水，取出用濾紙吸干膜表面的水分后，立即放入分析天平稱取濕態(tài)膜的質(zhì)量，記為m1。測(cè)試溫度也可由委托方和測(cè)試方協(xié)商確定。c)將濕態(tài)的膜放在烘箱中于80±2℃干燥24h保證其充分烘干，之后于3min內(nèi)稱取干態(tài)膜的質(zhì)量，記為m0。10.4數(shù)據(jù)處理按照式(15)計(jì)算： (15)式中：——吸水率，單位為%；m1——濕態(tài)膜的質(zhì)量，單位為克（g）；m0——干態(tài)膜的質(zhì)量，單位為克（g）。11堿穩(wěn)定性測(cè)試（可選）11.1測(cè)試儀器電位滴定儀：精度不低于0.01μs/cm。分析天平：精度不低于0.1mg。電化學(xué)測(cè)試阻抗儀：阻抗頻率范圍為0.1Hz-1MHz。11.2樣品制備參考本文第5、6部分，準(zhǔn)備好所需樣品，并做好前處理。樣品數(shù)量至少為3組，應(yīng)無折皺缺陷和破損。11.3測(cè)試方法a)對(duì)樣品進(jìn)行離子交換容量測(cè)試和OH-離子電導(dǎo)率測(cè)試，分別得到初始C0和σ0。b)將樣品在5MKOH溶液中，80℃下浸泡1000h或以上（測(cè)試時(shí)間可根據(jù)需求而定），取0h、200h、500h、1000h等時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。c)上述樣品進(jìn)行離子交換容量測(cè)試（取出后用去離子水清洗至中性，然后直接從6.3.3開始操作）和OH-離子電導(dǎo)率測(cè)試（具體操作見第5部分），分別得到C1和σ1。11.4數(shù)據(jù)處理IEC損失率按照式(16)計(jì)算： (16)式中：——試樣IEC損失率，單位為%；C1——試樣處理后的IEC，單位為毫摩爾每克（mmol/g）；C0——試樣初始的IEC，單位為毫摩爾每克（mmol/g）。離子電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)損失率按照公式(17)計(jì)算： (17)式中：——試樣電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的損失率，單位為%；1——試樣處理后的離子電導(dǎo)率，單位為西門子每厘米（S/cm）；0——試樣初始的離子電導(dǎo)率，單位為西門子每厘米（S/cm）。

附錄A(資料性）測(cè)試準(zhǔn)備A.1概述本附錄描述在進(jìn)行測(cè)試之前應(yīng)該考慮的內(nèi)容。對(duì)于每項(xiàng)試驗(yàn)來說，應(yīng)選擇精度足夠的檢測(cè)儀器及設(shè)備，以