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质子交换膜燃料电池 第3部分: 质子交换膜测试方法 - 离子交换当量(EW)测试

更新日期:2023-08-02   浏览量:1350


GB/T 20042.3-2022 质子交换膜燃料电池 第3部分: 质子交换膜测试方法

范围
本文件描述了质子交换膜燃料电池用质子交换膜的厚度均匀性测试、质子传导率测试、离子交换当量测试、透气率测试、拉伸性能测试、溶胀率测试和吸水率测试。
本文件适用于各种类型的质子交换膜。

术语和定义
GB/T20042.1-2017 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
质子传导率  proton conductivity
膜传导质子的能力,是电阻率的倒数。
注1: 质子传导率是衡量膜的质子导通能力的一项电化学指标,它反映了质子在膜内迁移能力的大小。
注2: 质子传导率的单位为西门子每厘米(S/cm)。
离子交换当量  equivalent weight;EW
含有1mol质子的干态膜质量。
注1: 它与表示离子交换能力大小的离子交換容量IEC(Ion Exchange Capacity)成倒数关系,体现了质子交换膜内的酸浓度。
注2: 离子交换当量的单位为克每摩尔(g/mol)。
拉伸强度  tensile strength
在给定温度、湿度和拉伸速度下,在标准膜试样上施加拉伸力,试样断裂前所承受的最大拉伸力与试样的横截面面积的比值。
注1: 横向拉伸强度: 表示平行于膜卷轴向的膜的拉伸强度,用σTD表示。
注2: 纵向拉伸强度: 表示垂直于膜卷轴方向的膜的拉伸强度,以σMD表示。
弹性模量  modulus of elasticity in tension
质子交换膜中,应力应变曲线上初始直线部分的斜率。
注1: 横向拉伸弹性模量: 表示平行于膜卷轴向的膜的拉伸弹性模量,用ETD表示。
注2: 纵向拉伸弹性模量: 表示垂直于膜卷轴方向膜的拉伸弹性模量,以EMD表示。
注3: 推荐应力应变曲线上应变分别为ε1=0.5%和ε2=2.5%的两个点的斜率为弹性模量。
注4: 弹性模量用E表示,单位为兆帕(MPa)。
断裂拉伸应变  tensile strainat break
试样发生断裂时,原始标距单位长度的增量。
注1: 横向断裂拉伸应变: 表示平行于膜卷轴向的膜的断裂拉伸应变,用εTD表示。
注2: 纵向断裂拉伸应变: 表示垂直于膜卷轴方向膜的断裂拉伸应变,以εMD表示。
注3: 断裂拉伸应变用ε表示,单位为无量纲的比值或百分数(%)。
180°剥离强度  peeling forceat 180°angle
在剥离角 度为180°的剥离条件下,一定宽度测试样条以一定速度连续剥离时所需要的载荷。
注: 180°剥离强度的单位为牛每毫米(N/mm)。
气体透过率  gas permeation rate
在恒定温度和单位压力差下,稳定透过时,单位时间内透过试样单位面积的气体的体积。
注: 气体透过率用标准温度和压力下的体积值表示,单位为立方厘米每平方米天帕[cm3/(m2·d·Pa)]。气体透过系数  gas permeation coefficient
在恒定温度和单位压力差下,在稳定透过时,单位时间内透过试样单位厚度、单位面积的气体的体积。
注: 气体透过系数用标准温度和压力下的体积值表示,单位为立方厘米厘米每平方米秒帕[cm3·cm/(cm2·s·Pa)] 。
吸水率  water uptake
在给定温度下单位质量干膜的吸水量。
注: 吸水率以%表示。
溶胀率  swelling rate
在给定温度下相对于干膜在横向、纵向和厚度方向的尺寸变化。
注1: 横向、纵向和厚度方向的尺寸变化,分别记为TD、MD和Z轴。
注2: 溶胀率以%表示。

离子交换当量(EW)测试
注: 详细的测试准备内容见附录A;测试报告的内容见附录B。
仪器与设备
分析天平: 分度值不低于为0.1mg。
自动电位滴定仪: pH值精度不低于0.1。
样品准备
取质量不低于0.5g的样品,剪碎后将其置于真空烘箱内,在绝对压力为不高于20kPa的真空、温度为 80°C条件下,真空干燥8h,移至干燥器中冷却至室温后,快速称量(30s内完成),至恒重,前后两次称量之差小于0.2mg。
测试方法
从烘箱中取出后,移至干燥器中冷却至室温后,迅速用分析天平称量干膜的质量m
将样品放入密封的、装有饱和氯化钠溶液的试剂瓶中搅拌24h。
用NaOH标准溶液利用自动电位滴定仪滴定至中性,记录消耗的NaOH溶液的体积VNaOH
数据处理
根据公式(5)计算出膜的EW值:
式5.jpg
式中:
EW ——膜的离子交换当量,单位为克每摩尔(g/mol);
m ——干质子交换膜的质量,单位为克(g);
VNaOH ——NaOH溶液的体积,单位为升(L);
CNaOH ———NaOH标准溶液的摩尔浓度,单位为摩尔每升(mol/L)。
注: 取3个样品为一组,计算出平均值作为试验结果。


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