《質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層測試方法》編制說明

《質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層測試方法》編制說明

一、工作簡況

1.1任務(wù)來源

《質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層測試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是由中國汽車工程學(xué)會

批準(zhǔn)立項(xiàng)。文件號中汽學(xué)函【2022】044號，任務(wù)號為2022-18。本標(biāo)準(zhǔn)由中國汽

車工程學(xué)會燃料電池分會提出，上海碳際實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司、中科院大連化學(xué)物理

研究所等單位起草。

1.2編制背景與目標(biāo)

當(dāng)前，氫能已經(jīng)被確定為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。作為氫能利用的最主

要形式，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)在過去十多年中取得了顯著的成績，推動并加快

了核心材料的產(chǎn)業(yè)化與國產(chǎn)化進(jìn)程。但作為燃料電池膜電極核心材料-氣體擴(kuò)散

層，在技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化方面仍與國外有較大差距，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也不完善，不能滿足

產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展的需求。為此，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和團(tuán)體在氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)化不斷

深入發(fā)展的背景下，需要緊緊把握燃料電池技術(shù)發(fā)展趨勢，依托現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢與積

累，發(fā)展和完善氣體擴(kuò)散層的測試評價(jià)體系，促進(jìn)氣體擴(kuò)散層產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

《質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層測試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T

20042.7-2014PEMFC第7部分-炭紙?zhí)匦詼y試方法》（注：炭紙為氣體擴(kuò)散層的

基底材料，氣體擴(kuò)散層由炭紙材料上增加微孔層制成的），針對實(shí)際使用場景對氣

體擴(kuò)散層的技術(shù)特性要求，增加了面積電阻、挺度、微孔層附著力、靜態(tài)接觸角的

測試項(xiàng)目，并改進(jìn)了透氣率測試方法。新標(biāo)準(zhǔn)能更好地滿足當(dāng)前技術(shù)進(jìn)步對氣體擴(kuò)

散層材料的評價(jià)使用要求，預(yù)期通過實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)一步規(guī)范相關(guān)主體對氣體擴(kuò)

散層的測試方法，幫助開展產(chǎn)品技術(shù)對標(biāo)，提高國內(nèi)燃料電池企業(yè)的技術(shù)競爭力。

1.3主要工作過程

本標(biāo)準(zhǔn)于2021年12月開始標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)；2022年1月到2022年3月份進(jìn)行了標(biāo)

準(zhǔn)預(yù)研工作，包括行業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件的梳理，所包含測試項(xiàng)目梳理，以及初步的

試驗(yàn)測試工作；2022年2月至5月進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)草稿的編寫工作；2022年5月份至

8月份對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了申報(bào)、修改及討論。

2022年5月6日在上海召開了的線上啟動會，會議上由中國汽車工程學(xué)會和

上海碳際實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司對本標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)來源、技術(shù)內(nèi)容、編制說明等進(jìn)行了簡

1

要介紹，并宣布成立標(biāo)準(zhǔn)起草組。各起草人對本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容逐字逐句地進(jìn)行了積極

熱烈的討論，形成了征求意及處理匯總?cè)缦拢?/p>

標(biāo)準(zhǔn)

序號修改意見提出單位處理意見

章條編號

GDL，之前我們買過有

不接受。已增加

微孔層和沒有微孔層

1題目重慶大學(xué)GDL術(shù)語，標(biāo)題不

的，是否需要定義

變

GDL？

于2014年進(jìn)行修訂一

2引言重慶大學(xué)接受

次

中國汽車技術(shù)

32引用國標(biāo)里的排序研究中心有限接受

公司

東風(fēng)汽車集團(tuán)

42該行需頂格寫接受

有限公司

中國華能集團(tuán)

３術(shù)語和清潔能源技術(shù)

5GDL需要定義嗎？接受

定義研究院有限公

司

上海電氣集團(tuán)

３術(shù)語和耐久性要測試嗎？比

6股份有限公司接受

定義如，冷啟動循環(huán)后的

中央研究院

術(shù)語的定義描述：一般

常用的描述語“指……

73億創(chuàng)氫能接受

在……下的情況，一般

是通過……”

中國汽車技術(shù)

83.1透氣阻力的單位描述研究中心有限接受

公司

導(dǎo)熱特性：國標(biāo)里面規(guī)

新源動力股份本測試方法不涉及

9其它定的范圍，比較大，參

有限公司導(dǎo)熱部分

考性不突出

3.關(guān)于GDL耐久性測

試：GDL的（化學(xué)、

電化學(xué)、機(jī)械化學(xué)）耐

久性對燃料電池的使用不接受，本部分測

10其它壽命有重大影響，行業(yè)貝特瑞試方法不包含耐久

至今沒有形成統(tǒng)一的離性測試

線評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建議考慮

討論設(shè)立相應(yīng)的測試方

法標(biāo)準(zhǔn)。

2

2022年7月26日，起草組召開第二次線上討論，集中討論草稿修訂后的問題

及意見。2022年9月9日，形成征求意見稿并公開征求意見，意見處理匯總結(jié)果

如下：

序標(biāo)準(zhǔn)

修改意見提出單位處理意見

號章條編號

但隨著近年來基礎(chǔ)

1引言重慶大學(xué)接受

研究和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)

是否需要寫出接觸

角測試引用的標(biāo)準(zhǔn)

東風(fēng)汽車集團(tuán)

22“GB/T30693-2014接受

有限公司

塑料薄膜與水接觸

角的測量”

中國華能集團(tuán)

在單位時(shí)間和規(guī)定

清潔能源技術(shù)

33.1的壓差下，……所接受

研究院有限公

需的時(shí)間

司

中國汽車技術(shù)

43.3.5單位改為度（°）研究中心有限接受

公司

建議修改為面積電

東風(fēng)汽車集團(tuán)

53.6阻?！懊娣e比電阻”接受

有限公司

與概念定義不符。

用面積電阻衡量電

阻特性需有前提，東風(fēng)汽車集團(tuán)不接受，定義里已經(jīng)是

63.6

就是氣體擴(kuò)散層的有限公司歸一化后的結(jié)果

厚度一樣

有錯別字，應(yīng)該為

74武漢理工大學(xué)接受

“……不大于”

中國汽車技術(shù)

測試儀器的精度說

84研究中心有限接受

明

公司

中國汽車技術(shù)

測試原理是非必須

95研究中心有限接受

的

公司

中汽研新能源

測試項(xiàng)目的描述可

汽車檢驗(yàn)中心接受，重新梳理測試項(xiàng)

105以參考已往的團(tuán)標(biāo)

（天津）有限目的范圍和說明邏輯

描述

公司

江蘇延長桑萊

建議增加20042.7

115特新能源有限接受

里的國標(biāo)測試說明

公司

3

是否增加國標(biāo)里的寧波市吉利汽

125已接受，與前面重復(fù)

測試項(xiàng)目？車研究院

透氣阻力，數(shù)值可上海捷氫科技

135.1接受

能不太敏感股份有限公司

在單位時(shí)間和規(guī)定

145.1.1的壓差下，……所武漢理工大學(xué)已接受，與前面重復(fù)

需的時(shí)間

中國汽車技術(shù)

樣件準(zhǔn)備情況要有

155.1.1研究中心有限接受

說明

公司

微米單位不能用μ

165.1.4武漢理工大學(xué)接受

代替

上海電氣集團(tuán)

5.2水蒸氣要不要加圖注：透

17股份有限公司不接受，已取消該項(xiàng)目

透過量測試濕杯結(jié)構(gòu)示意圖

中央研究院

±1℃，字體符號，

185.3.3兩個(gè)單位好像不一重慶大學(xué)接受

樣

中國汽車技術(shù)

195.3.3規(guī)定溫濕度的說明研究中心有限接受

公司

公式是變量的，要中科院大連化

205.3.4接受

不要用斜體呢？物所

剝離強(qiáng)度測試，建

上海捷氫科技

215.4議采用金屬板的方不接受

股份有限公司

法

關(guān)于Gurly法測試

GDL氣阻：測試方

法本身沒有問題，

不過現(xiàn)在許多成功

的GDL產(chǎn)品自身

225.4貝特瑞已接受，與前面重復(fù)

氣阻數(shù)據(jù)頗大，與

其在燃料電池中的

優(yōu)秀性能表現(xiàn)形成

對比，建議考慮測

試該指標(biāo)的意義。

235.4.2該句比較口語化同濟(jì)大學(xué)接受

【句號改為逗

245.4.3號】……夾到另一重慶大學(xué)接受

夾具里，

4

【數(shù)字和單位之間

255.4.3重慶大學(xué)接受

增加空格】

東風(fēng)汽車集團(tuán)

265.6.4單位不是太統(tǒng)一接受

有限公司

東風(fēng)汽車集團(tuán)

275.1.4改為圓筒接受

有限公司

東風(fēng)汽車集團(tuán)

285.6.4改為cm2接受

有限公司

2023年1月5日，起草組將修改后的標(biāo)準(zhǔn)文稿提交送審。2023年4月25日，

在重慶召開專家評審會，會上專家提出的修改意見以及相對應(yīng)的處理結(jié)果匯總?cè)?/p>

下：

序號章條編號意見內(nèi)容提出專家處理意見及理由

增加詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和驗(yàn)

1《編制說明》莊萍已增加

證過程

按《標(biāo)準(zhǔn)原則》里面的規(guī)已按GB/T1.1-2020

2全部莊萍

范性原則要求調(diào)整格式要求修改

文稿里面寫明預(yù)研過程，

3《編制說明》經(jīng)歷的幾個(gè)階段，還有征莊萍已增加

求意見的細(xì)節(jié)

根據(jù)《國家標(biāo)準(zhǔn)管理辦

已按GB/T1.1-2020

4全部法》里的流程和文本要求莊萍

要求修改

修改

英文標(biāo)題里面的除首單詞

5封面外改小寫，PEMFC用全莊萍已按要求修改

稱

底下寫[來源于國標(biāo)

63.1莊萍已按要求修改

《2004》,有修改]

修改：1、前言2、范圍已按GB/T1.1-2020

7前言，附錄莊萍

附錄A標(biāo)題要求修改

起草單位寫全稱，并提供已增加單位全稱，未

8前言陳金銳

機(jī)構(gòu)代碼增加代碼

5

“涂層剝離力”需統(tǒng)一名

統(tǒng)一改為“剝離強(qiáng)

93.1，14稱，建議改為“微孔層剝陳金銳

度”

離力”

引言里的透氣阻力描述，

10引言趙宏建引言已刪除

“簡單”不太合適。

11引言建議刪掉引言莊萍引言已刪除

適用范圍刪掉"單電池"；

12前言“測試樣品”改為“樣趙宏建已按要求修改

件”

相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充到《編

13《編制說明》趙宏建已按要求修改

制說明》

標(biāo)準(zhǔn)引用部分：5.10加上

引用GBT-剝離，接觸

142莊萍已按要求修改

角；排序和下文統(tǒng)一；后

文有的2個(gè)要加上。

153.1術(shù)語部分加引用源王宇鵬已按要求修改

“接觸角”統(tǒng)一改成“靜

1615王宇鵬已按要求修改

態(tài)接觸角”

173.2符號在前面加說明王宇鵬已按要求修改

“氣體擴(kuò)散層（或碳

184.1紙）”改為“樣品或樣趙宏建已改為樣品

件”

寫清楚“炭紙”和“氣體

19《編制說明》趙宏建已按要求修改

擴(kuò)散層”的區(qū)別

209.1.2注：100mL氣體。莊萍已按要求修改

217.1.1b）后一句改為注釋。莊萍已按要求修改

儀器名稱列表修改字體格

225王宇鵬已按要求修改

式

測量范圍，精度做分類；儀器要求描述差異

235增加時(shí)間記錄儀器；可以張斌大，不適合做歸類。

參考最近的國標(biāo)參考GBT20042.7-

6

2014格式。

萬能試驗(yàn)機(jī)的“KN”改

245陳明已按要求修改

為“kN”

未采納，“按照”更為

257.2“按照”改為“參考”莊萍

合適

樣件制備提取作為單獨(dú)一

264.1陳明已按要求修改

節(jié)，特殊樣件單獨(dú)制備

樣品環(huán)境要求統(tǒng)一范圍，

274.2例如：溫度±5度，濕度王宇鵬已按要求修改

±10%

28《編制說明》寫明為什么用1MPa張斌已按要求修改

加引導(dǎo)語：“按以下步驟

297.1.1莊萍已按要求修改

進(jìn)行”；刪掉“1MPa”

圖1里面加上電源的示意

30圖1趙宏建已按要求修改

圖

317.1.2公式后加"……"莊萍已按要求修改

327.1.1第一段，列為5.4.1莊萍已刪除

338.1.1刪掉“注意夾子”張斌已按要求修改

加引導(dǎo)語；文中要提到圖

348.1.1莊萍已按要求修改

2

涂層剝離力測試加溫濕度溫濕度條件統(tǒng)一寫在

3514.1王睿翔

條件4.2

368.1.1改正引用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字標(biāo)號張斌已按要求修改

“經(jīng)5h測定”前面刪掉

379.1.1張斌已按要求修改

的內(nèi)容，再改通順一點(diǎn)

測定的準(zhǔn)確度的表述改為

389.1.1張斌已刪除

表格的形式

3914.1加示意圖王宇鵬已按要求修改

4015.1接觸角引用的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只陳金銳已按要求修改

7

保留一個(gè)

圖3里的1，2，3分別指

4114.1張斌已按要求修改

哪里，加示意圖

附錄B（加資料性附

42附錄B錄）；正文加“見附錄莊萍附錄B已刪除

B”的引用

增加：參考GBT20042.7-

4316莊萍已按要求修改

2014附錄C

2023年9月14日，起草組根據(jù)評審會專家意見修改文稿形成報(bào)批稿，并進(jìn)行

了提交。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容

2.1標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)編制過程中參考了GB/T1.1-2020中的起草文件原則，充分考慮了氣體

擴(kuò)散層最新技術(shù)水平和當(dāng)前市場情況,認(rèn)真分析了燃料電池領(lǐng)城的標(biāo)準(zhǔn)化需求，在準(zhǔn)

確把握標(biāo)淮化對象、文件使用者和文件編制目的的基礎(chǔ)上，明確了文件的類別和功

能類型，確定了文件的規(guī)范性要素，合理設(shè)置和編寫了文件的層次和要素,準(zhǔn)確的表

達(dá)了文件的技術(shù)內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容表述遵循了一致性原則，協(xié)調(diào)性原則和易用性原

則，文件內(nèi)各部分表述一致，相互協(xié)調(diào)，且便于直接應(yīng)用或被其他文件引用

2.2標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)共分為5章，新增了質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層的測試方法和要

求，其中新增測試項(xiàng)目5個(gè)，引用原有國標(biāo)文件（GB/T20042.7-2014）的項(xiàng)目有8

個(gè)。內(nèi)容包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、測試儀器和設(shè)備、測試方法，

以及附錄部分的測試報(bào)告等。

2.3關(guān)鍵技術(shù)問題說明

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法能為氣體擴(kuò)散層的測試提供指導(dǎo)作用。目前使用的GB/T

20042.7-2014標(biāo)準(zhǔn)不涉及微孔層的剝離強(qiáng)度和疏水性測試，以及材料的彎曲挺度，

而這些產(chǎn)品的性能參數(shù)隨著大功率電堆的開發(fā)應(yīng)用，變得越來越重要，而本標(biāo)準(zhǔn)提

出的方法可以實(shí)現(xiàn)對上述性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測量。

8

2.4標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

彎曲挺度是氣體擴(kuò)散層和炭紙材料抵抗彎曲變形的能力，它和材料的壓縮率一

樣，是當(dāng)前膜電極開發(fā)和電堆裝配過程中非常重要的特性指標(biāo)。彎曲挺度主要受原

材料、添加劑和制程工藝條件的影響。面積電阻和電阻率相近，它是衡量材料導(dǎo)電

能力的特性指標(biāo)，但面積電阻包含歸一化后的電阻信息，可以對不同厚度、不同特

征的材料進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋哂蟹浅：玫闹庇^性。

微孔層剝離強(qiáng)度是表征微孔層（復(fù)合材料表面）粘附在基體時(shí)，抵抗外部因素

脫落脫離的能力。氣體擴(kuò)散層是炭炭復(fù)合類材料，在其炭紙基體表面含有涂敷碳

粉、疏水粘結(jié)劑等構(gòu)成的微孔層材料。在電池運(yùn)行條件下，微孔層在基體上粘附能

力越大，則氣體擴(kuò)散層的穩(wěn)定性越強(qiáng)。隨著大功率電堆和膜電極的開發(fā)，導(dǎo)致電池

內(nèi)部氣體流速顯著提高，溫濕度變化也更加頻繁。因此，開展微孔層剝離強(qiáng)度的測

試是非常必要的。

透氣阻力是鋰電池隔膜材料領(lǐng)域，非常成熟且常用的一個(gè)表征項(xiàng)目。對于氣體

擴(kuò)散層和炭紙材料，透氣阻力同樣適用，并且透氣阻力的測試方法和操作過程簡潔

易用，表示單位為秒，可以非常直觀地指示材料本體的透氣性能。因此，我們在本

標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，提出將這一新的測試項(xiàng)目推廣到氣體擴(kuò)散層測試領(lǐng)域。

2.5標(biāo)準(zhǔn)工作基礎(chǔ)

編制組主要起草單位上海碳際實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司具備完整的炭紙和氣體擴(kuò)散層

開發(fā)、檢測及產(chǎn)業(yè)化能力，其中就包括本標(biāo)準(zhǔn)所涉及到的面積電阻測試、透氣阻力

測試、剝離強(qiáng)度測試等。在工作過程中，參考了國標(biāo)GB/T2792-2014（膠粘帶剝

離強(qiáng)度測試）、GB/T458-2008（紙和紙板透氣度的測定），本單位積累了一定

數(shù)量的測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并取得了較好的檢測成果。

編制組中的主要參與單位，涵蓋眾多氣體擴(kuò)散層的應(yīng)用企業(yè)，具有較強(qiáng)的代表

性，且各參與單位在本標(biāo)準(zhǔn)編制過程中提出很多建議意見，對本標(biāo)準(zhǔn)的通用性、科

學(xué)性和可操作性提供了較高保障。

三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

起草組采用了產(chǎn)自中國、美國、德國、日本，韓國的五款商業(yè)化氣體擴(kuò)散層產(chǎn)

品按本標(biāo)準(zhǔn)提出的測試方法進(jìn)行了對比測試，樣品A、B、C、D、E的商品型號分

別為HP21、MB30、22BB、060、A6L。

9

3.1面積電阻測試

按照標(biāo)準(zhǔn)文本中描述的測量方法對五款氣體擴(kuò)散層進(jìn)行面積電阻測試，數(shù)據(jù)匯

總?cè)缦拢?/p>

面積電阻mΩ·cm2（壓力1Mpa）

樣品名稱

第一次第二次第三次平均值

樣品A6.66.77.46.9

樣品B6.06.66.36.3

樣品C8.99.38.48.9

樣品D10.39.710.610.2

樣品E5.45.25.45.3

目前主流燃料電池企業(yè)大都使用1MPa的壓力組裝電池，所以面積電阻的測試

壓力定在1MPa，更好的反應(yīng)氣體擴(kuò)散層工作條件下的性能。五款氣體擴(kuò)散層的面

積電阻數(shù)據(jù)能較好的區(qū)分出導(dǎo)電性能之間的微小差異，且排除了厚度和面積的影

響。

3.2挺度測試

按照標(biāo)準(zhǔn)文本中描述的測量方法對五款氣體擴(kuò)散層進(jìn)行挺度測試，按GB/T

22364-2008要求將彎曲角度設(shè)定為15°，且按GB/T20042.7測試了抗彎強(qiáng)度作為

對照數(shù)據(jù)，結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

挺度mN·m抗彎強(qiáng)度N

樣品名稱

橫向縱向橫向縱向

樣品A0.6540.94無法測量0.108

樣品B0.290.92無法測量0.155

樣品C0.2620.828無法測量0.293

樣品D0.5761.074無法測量0.318

樣品E0.941.0730.0910.31

原國標(biāo)《GB/T20042.7-2014PEMFC第7部分-炭紙?zhí)匦詼y試方法》中抗彎強(qiáng)

度測試方法在樣品硬挺度過小時(shí)，無法測量出數(shù)值，或者由于樣品自身重力，數(shù)值

誤差較大，而挺度測試覆蓋測量范圍更廣。

3.3透氣阻力測試

按照標(biāo)準(zhǔn)文本中描述的測量方法對五款氣體擴(kuò)散層進(jìn)行透氣阻力測試，數(shù)據(jù)匯

總?cè)缦拢?/p>

樣品

透氣阻力s,正面透氣阻力s,反面

名稱

測試第一第二第三第四第五平均第一第二第三第四第五平均

次數(shù)次次次次次值次次次次次值

10

樣品

67.268.068.167.468.967.9268.167.568.867.967.167.88

A

樣品

30.631.232.130.329.730.7829.730.930.429.431.230.32

B

樣品

22.621.922.322.121.222.0222.321.522.422.921.922.2

C

樣品

62.361.061.961.962.861.9862.162.962.862.461.762.38

D

樣品

47.647.548.947.146.847.5847.747.846.347.547.947.44

E

五款氣體擴(kuò)散層的透氣阻力數(shù)據(jù)能較好的區(qū)分出透氣性能之間的差異，且該方

法在鋰電池隔膜測試應(yīng)用非常普遍，測試設(shè)備成熟，易獲取。

3.4剝離強(qiáng)度測試

按照標(biāo)準(zhǔn)文本中描述的測量方法對五款氣體擴(kuò)散層進(jìn)行微孔層剝離強(qiáng)度測試，

數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/p>

樣品名稱