GB/T 20042.3-2022 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
范圍
本文件描述了質(zhì)子交換膜燃料電池用質(zhì)子交換膜的厚度均勻性測(cè)試、質(zhì)子傳導(dǎo)率測(cè)試、離子交換當(dāng)量測(cè)試、透氣率測(cè)試、拉伸性能測(cè)試、溶脹率測(cè)試和吸水率測(cè)試。
本文件適用于各種類(lèi)型的質(zhì)子交換膜。
術(shù)語(yǔ)和定義
GB/T20042.1-2017 界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
質(zhì)子傳導(dǎo)率 proton conductivity
膜傳導(dǎo)質(zhì)子的能力，是電阻率的倒數(shù)。
注1: 質(zhì)子傳導(dǎo)率是衡量膜的質(zhì)子導(dǎo)通能力的一項(xiàng)電化學(xué)指標(biāo)，它反映了質(zhì)子在膜內(nèi)遷移能力的大小。
注2: 質(zhì)子傳導(dǎo)率的單位為西門(mén)子每厘米(S/cm)。
離子交換當(dāng)量 equivalent weight；EW
含有1mol質(zhì)子的干態(tài)膜質(zhì)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(shù)關(guān)系，體現(xiàn)了質(zhì)子交換膜內(nèi)的酸濃度。
注2: 離子交換當(dāng)量的單位為克每摩爾(g/mol)。
拉伸強(qiáng)度 tensile strength
在給定溫度、濕度和拉伸速度下，在標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度: 表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸強(qiáng)度，用σTD表示。
注2: 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。
彈性模量 modulus of elasticity in tension
質(zhì)子交換膜中，應(yīng)力應(yīng)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ETD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，單位為兆帕(MPa)。
斷裂拉伸應(yīng)變 tensile strainat break
試樣發(fā)生斷裂時(shí)，原始標(biāo)距單位長(zhǎng)度的增量。
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，用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。
注3: 斷裂拉伸應(yīng)變用ε表示，單位為無(wú)量綱的比值或百分?jǐn)?shù)(%)。
180°剝離強(qiáng)度 peeling forceat 180°angle
在剝離角 度為180°的剝離條件下，一定寬度測(cè)試樣條以一定速度連續(xù)剝離時(shí)所需要的載荷。
注: 180°剝離強(qiáng)度的單位為牛每毫米(N/mm)。
氣體透過(guò)率 gas permeation rate
在恒定溫度和單位壓力差下，穩(wěn)定透過(guò)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)試樣單位面積的氣體的體積。
注: 氣體透過(guò)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)]。氣體透過(guò)系數(shù) gas permeation coefficient
在恒定溫度和單位壓力差下，在穩(wěn)定透過(guò)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。
注: 氣體透過(guò)系數(shù)用標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(duì)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T(mén)D、MD和Z軸。
注2: 溶脹率以%表示。
離子交換當(dāng)量(EW)測(cè)試
注: 詳細(xì)的測(cè)試準(zhǔn)備內(nèi)容見(jiàn)附錄A；測(cè)試報(bào)告的內(nèi)容見(jiàn)附錄B。
儀器與設(shè)備
分析天平: 分度值不低于為0.1mg。
自動(dòng)電位滴定儀: pH值精度不低于0.1。
樣品準(zhǔn)備
取質(zhì)量不低于0.5g的樣品，剪碎后將其置于真空烘箱內(nèi)，在絕對(duì)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(chēng)量(30s內(nèi)完成)，至恒重，前后兩次稱(chēng)量之差小于0.2mg。
測(cè)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(chēng)量干膜的質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)溶液利用自動(dòng)電位滴定儀滴定至中性，記錄消耗的NaOH溶液的體積VNaOH。
數(shù)據(jù)處理
根據(jù)公式(5)計(jì)算出膜的EW值:
式中:
EW ——膜的離子交換當(dāng)量，單位為克每摩爾(g/mol)；
m ——干質(zhì)子交換膜的質(zhì)量，單位為克(g)；
VNaOH ——NaOH溶液的體積，單位為升(L)；
CNaOH ———NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，單位為摩爾每升(mol/L)。
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。
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