GB/T 20042.3-2022 質(zhì)子(zǐ)交換(huàn)膜燃料電池(chí) 第(dì)3部(bù)分: 質(zhì)子交換膜(mó)測試方法(fǎ)

範圍
本(běn)文件描述(shù)了質子交(jiāo)換膜(mó)燃(rán)料電池(chí)用質子交換膜(mó)的厚(hòu)度均(jūn)匀(yún)性測(cè)試，質(zhì)子傳(chuán)導率測試，離子交換當量測試(shì)，透氣率測試(shì)，拉伸(shēn)性能(néng)測(cè)試，溶(róng)脹(zhàng)率測(cè)試(shì)和(hé)吸水率(shuài)測試。
本文(wén)件適用於各種類型的質(zhì)子交換(huàn)膜。

術語(yǔ)和(hé)定(dìng)義
GB/T20042.1-2017 界定(dìng)的(dí)以(yǐ)及下列術語和(hé)定(dìng)義適用於本(běn)文件。
質子(zǐ)傳(chuán)導(dǎo)率  proton conductivity
膜(mó)傳導質(zhì)子的(dí)能力(lì)，是(shì)電(diàn)阻率(shuài)的倒(dǎo)數。
注1: 質子(zǐ)傳導(dǎo)率是衡(héng)量膜的質(zhì)子(zǐ)導通能力(lì)的一(yī)項電化(huà)學(xué)指標，它(tā)反(fǎn)映了(liǎo)質(zhì)子在膜內(nèi)遷(qiān)移能(néng)力的(dí)大(dà)小。
注(zhù)2: 質(zhì)子傳導(dǎo)率的(dí)單(dān)位為西門子每厘米(mǐ)(S/cm)。
離(lí)子交(jiāo)換(huàn)當量(liáng)  equivalent weight；EW
含有1mol質子的幹態膜質(zhì)量。
注(zhù)1: 它(tā)與表示(shì)離子交(jiāo)換能力大小的離子交換容(róng)量(liáng)IEC(Ion Exchange Capacity)成倒(dǎo)數(shù)關(guān)係，體現了(liǎo)質子交(jiāo)換膜(mó)內的酸(suān)濃(nóng)度(dù)。
注2: 離子(zǐ)交(jiāo)換(huàn)當(dāng)量(liáng)的(dí)單位為克每(měi)摩爾(g/mol)。
拉(lā)伸強度  tensile strength
在(zài)給(gěi)定溫(wēn)度(dù)，濕度(dù)和拉(lā)伸(shēn)速(sù)度下(xià)，在標準膜試(shì)樣上(shàng)施加拉(lā)伸力，試(shì)樣(yàng)斷裂前所(suǒ)承(chéng)受的(dí)最大拉(lā)伸(shēn)力與試(shì)樣的(dí)橫截(jié)麵麵積的比值(zhí)。
注(zhù)1: 橫向拉伸(shēn)強度: 表示(shì)平行於膜(mó)卷軸(zhóu)向的膜的拉伸(shēn)強度，用σ_TD表示(shì)。
注(zhù)2: 縱向(xiàng)拉伸強度: 表(biǎo)示垂直於膜卷軸(zhóu)方(fāng)向的(dí)膜的拉(lā)伸(shēn)強度，以σ_MD表(biǎo)示(shì)。
彈(dàn)性(xìng)模(mó)量(liáng)  modulus of elasticity in tension
質子交換(huàn)膜中(zhōng)，應力應變(biàn)曲(qū)綫上(shàng)初始(shǐ)直綫(xiàn)部(bù)分的(dí)斜率(shuài)。
注(zhù)1: 橫向拉伸(shēn)彈(dàn)性模量: 表示(shì)平行(háng)於(yú)膜卷軸(zhóu)向(xiàng)的膜的(dí)拉伸(shēn)彈性模(mó)量，用E_TD表示。
注(zhù)2: 縱向拉(lā)伸(shēn)彈性模(mó)量: 表示垂直於膜卷軸方(fāng)向膜的拉(lā)伸彈性模量(liáng)，以E_MD表示。
注3: 推(tuī)薦(jiàn)應力(lì)應變(biàn)曲綫上應(yīng)變分別(bié)為(wéi)ε₁=0.5%和(hé)ε₂=2.5%的兩個(gè)點的斜(xié)率(shuài)為(wéi)彈性(xìng)模量。
注(zhù)4: 彈(dàn)性(xìng)模量用E表示，單(dān)位為兆帕(pà)(MPa)。
斷裂拉(lā)伸(shēn)應(yīng)變(biàn)  tensile strainat break
試樣發(fā)生(shēng)斷裂時，原(yuán)始標距(jù)單位長(cháng)度的(dí)增量。
注1: 橫向斷(duàn)裂(liè)拉(lā)伸應變: 表(biǎo)示平行於(yú)膜(mó)卷(juàn)軸向的膜的斷裂拉(lā)伸應(yīng)變，用ε_TD表示。
注2: 縱向(xiàng)斷裂拉伸應變(biàn): 表(biǎo)示(shì)垂直於膜卷(juàn)軸方向(xiàng)膜的斷裂拉伸應(yīng)變，以(yǐ)ε_MD表示(shì)。
注3: 斷(duàn)裂(liè)拉伸應變用ε表(biǎo)示，單(dān)位為(wéi)無(wú)量綱的比值(zhí)或(huò)百分(fēn)數(shù)(%)。
180°剝離強度  peeling forceat 180°angle
在剝(bāo)離角 度(dù)為(wéi)180°的剝離條件下(xià)，一定寬(kuān)度測試(shì)樣條(tiáo)以一定(dìng)速(sù)度(dù)連(lián)續(xù)剝(bāo)離(lí)時所需(xū)要(yào)的(dí)載荷。
注: 180°剝(bāo)離(lí)強(qiáng)度的單(dān)位(wèi)為(wéi)牛每(měi)毫米(N/mm)。
氣體透過(guò)率  gas permeation rate
在(zài)恒(héng)定溫度和單位壓力差(chà)下，穩定透過時，單(dān)位時間內透過試樣單位麵積的(dí)氣體的體(tǐ)積。
注(zhù): 氣(qì)體透過(guò)率用(yòng)標準溫度和壓(yā)力下的體(tǐ)積值(zhí)表(biǎo)示，單位為立方(fāng)厘米(mǐ)每(měi)平方米(mǐ)天(tiān)帕(pà)[cm³/(m²·d·Pa)]。氣體(tǐ)透過(guò)係數(shù)  gas permeation coefficient
在恒定溫度(dù)和(hé)單位壓力(lì)差(chà)下，在穩(wěn)定透過時(shí)，單(dān)位(wèi)時(shí)間(jiān)內(nèi)透(tòu)過試樣單(dān)位厚(hòu)度(dù)，單位麵(miàn)積(jī)的氣體的體(tǐ)積。
注(zhù): 氣體透過係數(shù)用(yòng)標準溫(wēn)度和(hé)壓(yā)力下(xià)的(dí)體積值表示(shì)，單位(wèi)為立方厘(lí)米(mǐ)厘米(mǐ)每平(píng)方(fāng)米秒帕[cm³·cm/(cm²·s·Pa)] 。
吸水(shuǐ)率(shuài)  water uptake
在(zài)給定溫度下(xià)單位質量(liáng)幹(gān)膜的(dí)吸(xī)水(shuǐ)量。
注: 吸水率(shuài)以%表(biǎo)示(shì)。
溶(róng)脹率  swelling rate
在給(gěi)定(dìng)溫度(dù)下相對於(yú)幹膜在(zài)橫向(xiàng)，縱(zòng)向和厚度方向的(dí)尺寸變(biàn)化(huà)。
注(zhù)1: 橫向，縱(zòng)向(xiàng)和(hé)厚(hòu)度方(fāng)向的尺寸變(biàn)化，分別(bié)記為TD，MD和(hé)Z軸(zhóu)。
注(zhù)2: 溶(róng)脹(zhàng)率以%表示。

離子(zǐ)交(jiāo)換當量(liáng)(EW)測試
注: 詳(xiáng)細(xì)的測試準(zhǔn)備(bèi)內容見(jiàn)附錄(lù)A；測(cè)試(shì)報告的內容(róng)見(jiàn)附錄B。
儀(yí)器(qì)與設(shè)備
分(fēn)析天平(píng): 分度值不(bù)低於為0.1mg。
自動電位(wèi)滴(dī)定(dìng)儀(yí): pH值精度(dù)不低(dī)於(yú)0.1。
樣(yàng)品準備
取(qǔ)質量(liáng)不(bù)低於0.5g的樣品，剪(jiǎn)碎後(hòu)將(jiāng)其置於(yú)真空烘箱(xiāng)內(nèi)，在絕(jué)對壓(yā)力為不高(gāo)於20kPa的真空，溫度為 80°C條(tiáo)件(jiàn)下，真(zhēn)空(kōng)幹燥(zào)8h，移至幹燥器中冷(lěng)卻(què)至室溫後(hòu)，快速稱(chēng)量(liáng)(30s內完成)，至恒(héng)重，前(qián)後兩次(cì)稱量(liáng)之差小於(yú)0.2mg。
測(cè)試方法(fǎ)
從(cóng)烘(hōng)箱中取(qǔ)出後，移至(zhì)幹(gān)燥器(qì)中冷(lěng)卻(què)至(zhì)室溫(wēn)後(hòu)，迅(xùn)速用分(fēn)析(xī)天平稱量幹(gān)膜(mó)的(dí)質量(liáng)m。
將樣品放入密封(fēng)的，裝(zhuāng)有飽(bǎo)和(hé)氯化(huà)鈉溶液的試劑瓶(píng)中攪拌(bàn)24h。
用NaOH標準(zhǔn)溶液利(lì)用自動電位滴定儀(yí)滴(dī)定(dìng)至(zhì)中(zhōng)性(xìng)，記錄消(xiāo)耗的(dí)NaOH溶液的(dí)體(tǐ)積V_NaOH。
數(shù)據(jù)處(chǔ)理
根(gēn)據公式(shì)(5)計(jì)算出(chū)膜的(dí)EW值(zhí):

式中:
EW ——膜(mó)的離(lí)子交(jiāo)換(huàn)當(dāng)量，單位為克每摩(mó)爾(ěr)(g/mol)；
m ——幹質子交(jiāo)換(huàn)膜的質(zhì)量，單位(wèi)為(wéi)克(g)；
V_NaOH ——NaOH溶(róng)液的體(tǐ)積(jī)，單位為升(L)；
C_NaOH ———NaOH標準溶液(yè)的(dí)摩(mó)爾(ěr)濃(nóng)度(dù)，單位(wèi)為摩爾每(měi)升(mol/L)。
注(zhù): 取3個樣品(pǐn)為一組，計(jì)算(suàn)出平均(jūn)值作為(wéi)試驗(yàn)結果(guǒ)。