GB/T 20042.3-2022 質子交換膜燃料電池 第3部分: 質子交換膜測試方法

范圍
本文件描述了質子交換膜燃料電池用質子交換膜的厚度均勻性測試、質子傳導率測試、離子交換當量測試、透氣率測試、拉伸性能測試、溶脹率測試和吸水率測試。
本文件適用于各種類型的質子交換膜。

術語和定義
GB/T20042.1-2017 界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
質子傳導率  proton conductivity
膜傳導質子的能力，是電阻率的倒數。
注1: 質子傳導率是衡量膜的質子導通能力的一項電化學指標，它反映了質子在膜內遷移能力的大小。
注2: 質子傳導率的單位為西門子每厘米(S/cm)。
離子交換當量  equivalent weight；EW
含有1mol質子的干態膜質量。
注1: 它與表示離子交換能力大小的離子交換容量IEC(Ion Exchange Capacity)成倒數關系，體現了質子交換膜內的酸濃度。
注2: 離子交換當量的單位為克每摩爾(g/mol)。
拉伸強度  tensile strength
在給定溫度、濕度和拉伸速度下，在標準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。
注1: 橫向拉伸強度: 表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸強度，用σ_TD表示。
注2: 縱向拉伸強度: 表示垂直于膜卷軸方向的膜的拉伸強度，以σ_MD表示。
彈性模量  modulus of elasticity in tension
質子交換膜中，應力應變曲線上初始直線部分的斜率。
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E_TD表示。
注2: 縱向拉伸彈性模量: 表示垂直于膜卷軸方向膜的拉伸彈性模量，以E_MD表示。
注3: 推薦應力應變曲線上應變分別為ε₁=0.5%和ε₂=2.5%的兩個點的斜率為彈性模量。
注4: 彈性模量用E表示，單位為兆帕(MPa)。
斷裂拉伸應變  tensile strainat break
試樣發生斷裂時，原始標距單位長度的增量。
注1: 橫向斷裂拉伸應變: 表示平行于膜卷軸向的膜的斷裂拉伸應變，用ε_TD表示。
注2: 縱向斷裂拉伸應變: 表示垂直于膜卷軸方向膜的斷裂拉伸應變，以ε_MD表示。
注3: 斷裂拉伸應變用ε表示，單位為無量綱的比值或百分數(%)。
180°剝離強度  peeling forceat 180°angle
在剝離角 度為180°的剝離條件下，一定寬度測試樣條以一定速度連續剝離時所需要的載荷。
注: 180°剝離強度的單位為牛每毫米(N/mm)。
氣體透過率  gas permeation rate
在恒定溫度和單位壓力差下，穩定透過時，單位時間內透過試樣單位面積的氣體的體積。
注: 氣體透過率用標準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)]。氣體透過系數  gas permeation coefficient
在恒定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位時間內透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。
注: 氣體透過系數用標準溫度和壓力下的體積值表示，單位為立方厘米厘米每平方米秒帕[cm³·cm/(cm²·s·Pa)] 。
吸水率  water uptake
在給定溫度下單位質量干膜的吸水量。
注: 吸水率以%表示。
溶脹率  swelling rate
在給定溫度下相對于干膜在橫向、縱向和厚度方向的尺寸變化。
注1: 橫向、縱向和厚度方向的尺寸變化，分別記為TD、MD和Z軸。
注2: 溶脹率以%表示。

離子交換當量(EW)測試
注: 詳細的測試準備內容見附錄A；測試報告的內容見附錄B。
儀器與設備
分析天平: 分度值不低于為0.1mg。
自動電位滴定儀: pH值精度不低于0.1。
樣品準備
取質量不低于0.5g的樣品，剪碎后將其置于真空烘箱內，在絕對壓力為不高于20kPa的真空、溫度為 80°C條件下，真空干燥8h，移至干燥器中冷卻至室溫后，快速稱量(30s內完成)，至恒重，前后兩次稱量之差小于0.2mg。
測試方法
從烘箱中取出后，移至干燥器中冷卻至室溫后，迅速用分析天平稱量干膜的質量m。
將樣品放入密封的、裝有飽和氯化鈉溶液的試劑瓶中攪拌24h。
用NaOH標準溶液利用自動電位滴定儀滴定至中性，記錄消耗的NaOH溶液的體積V_NaOH。
數據處理
根據公式(5)計算出膜的EW值:

式中:
EW ——膜的離子交換當量，單位為克每摩爾(g/mol)；
m ——干質子交換膜的質量，單位為克(g)；
V_NaOH ——NaOH溶液的體積，單位為升(L)；
C_NaOH ———NaOH標準溶液的摩爾濃度，單位為摩爾每升(mol/L)。
注: 取3個樣品為一組，計算出平均值作為試驗結果。


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