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GBT 28817-2012 聚合物电解质燃料电池单电池测试方法PDF文本

ICS29.220.01K82中华人民共和国国家标准GB/T28817-2012/IEC/TS62282-7-1:2010聚合物电解质燃料电池单电池测试方法Single cell test methods for polymer electrolyte fuel cell (PEFC)(IEC/TS 62282-7-1:2010 Fuel cell technologies-Part 7-1:Single celltest methods for polymer electrolyte fuel cell (PEFC),IDT)2012-11-05发布2013-02-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布興尚理罚素Z沁
GB/T28817一2012/EC/TS62282-7-1:2010目次前言…Ⅲ1范围12规范性引用文件3术语和定义……………4通用安全要求35电池组成………6电池组装57测试平台68测量…79气体组成910试验准备……911性能试验1112试验报告…18附录A(资料性附录)当范酸饰索网…心忆忆6…20附录B(资料性附录)电池部件定位…22附录C(资料性附录)漏气试验………tt+04004…004t0044404423附录D(资料性附录)初始活化……24附录E(资料性附录)关机……25附录F(资料性附录)再活化………26附录G(资料性附录)V特性试验…27附录H(资料性附录)启动/关机循环试验……29附录I(资料性附录)加载循环试验…30附录（资料性附录）试验报告32参考文献…………37筑321.标准查询下载网興尚理蜀Z心.ET
GB/T28817-2012/IEC/TS62282-7-1:2010前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准等同采用IEC/TS62282-7-1:2010《燃料电池技术第7-1部分：聚合物电解质燃料电池单电池测试方法》。本标准在技术上与IEC/TS62282-7-1:2010一致，仅做了下列编辑性修改：—一删除了国际标准的前言和引言，增加国家标准的前言；一本标准“规范性引用文件”中的引用标准，凡是有与IEC(或ISO)对应国家标准的均用国家标准代替。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国燃料电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归。本标准起草单位：中科院大连化学物理研究所、机械工业北京电工技术经济研究所、上海神力科技有限公司、北京清能华通科技发展有限公司、上海汽车集团股份有限公司新能源汽车事业部、武汉理工大学、新源动力股份有限公司、清华大学、同济大学、上海攀业氢能源科技有限公司、武汉银泰科技燃料电池有限公司、深圳市标准技术研究院。本标准起草人：俞红梅、张若谷、张禾、李晶晶、赵景辉、潘牧、燕希强、裴普成、侯永平、董辉、齐志刚、王益群、卢琛钰。筑321-标准查询下载网0興尚理蜀Z心.ET
GB/T28817-2012/IEC/TS62282-7-1:2010聚合物电解质燃料电池单电池测试方法1范围本标准规定了电池的组装、试验装置、测量仪器和测量方法、性能试验方法以及聚合物电解质燃料电池单电池的试验报告等。本标准适用于以下三项的评估：a)聚合物电解质燃料电池膜电极组件的性能；b)聚合物电解质燃料电池其他组件的材料或结构；c)燃料和空气中杂质对电池性能的影响。·2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T28816一2012燃料电池术语(IEC/TS62282-1:2010,DT)IS0/TS14687-2:20081氢燃料产品规范第2部分：道路车辆用质子交换膜(PEM)燃料电池(Hydrogen fuel-Product specification-Part 2:Proton exchange membrane (PEM)fuel cellapplications for road vehicles)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1阳极anode燃料发生氧化反应的电极，反应过程中电子从燃料分子中脱出进入外电路，同时生成的质子(H+)向聚合物电解质传递。3.2催化剂catalyst能够加速（增加速率）某个反应而自身不被消耗的物质。催化剂降低反应的活化能，使得反应速度增加。这里也指IEC/TS62282-1中定义的电催化剂。3.3催化剂涂覆膜catalyst-coated membrane;CCM用于描述PEF℃中膜的术语，是表面涂覆了一层催化剂的膜，构成电极的反应区域。3.4·阴极cathode氧化剂发生还原反应的电极，氧化剂接受外电路传来的电子，并与来自聚合物电解质的质子(H+)结合生成还原产物（水）。筑321-标准查询下载网興尚理罚素Z沁
GB/T28817-2012/IEC/TS62282-7-1:20103.5夹固板（或压板）clamping plate(or pressure plate)用于将电池各部分压紧在一起，起到导电和密封作用。3.6集流板current collector由金属、石墨或者复合材料构成的导电材料，用于收集电子。3.7电极electrode是氧化或者还原反应发生的反应层，具有电子和离子导电性。3.8流场板f1 ow plate由金属、石墨材料或者导电聚合物（可能是碳填充的复合材料）构成的导电平板，它的表面有流道供燃料或者氧化剂气体进入，并与电极有直接的电接触。3.9燃料fuel氢气或者含有氢气的气体，在阳极发生反应。3.10燃料电池fuel cell将燃料和氧化剂的化学能转换为电能直流电)的电化学装置，燃料和氧化剂通常不存储在燃料电池内，而是随着反应物的消耗逐渐通入燃料电池内。3.11气体扩散电极gas diffusion electrode;GDE位于阳极或阴极侧，包含电极的全部电子导电部分（气体扩散层和催化层）的部件。3.12气体扩散层gas diffusion layer;GDL位于电极和流场板之间具有气孔结构的导电部件，充当电子传导介质，提供反应物向电极传递的扩散通道并移除反应产物。3.13密封件gasket阻止反应气体从电池中泄漏的密封部件。3.14极限电流密度limiting current density电池的电压急剧下降至接近零时的电流密度。3.15最大电流密度maximum current density制造商规定的允许短时间运行的最高电流密度。3.16膜电极组件membrane electrode assembly;MEA由电解质膜和阴阳极两侧的气体扩散电极组成的燃料电池组件。2筑321--标准查询下载网興尚理蜀Z心.ET
GB/T28817-2012/IEC/TS62282-7-1:20103.17最小电压minimum cell voltage制造商规定的最低电池电压。3.18开路电压open circuit voltage;OCV电池在运行电流密度为零时的电压。3.19氧化剂oxidant氧气或者含有氧气的气体（如空气），在阴极发生反应。3.20聚合物电解质polymer electrolyte具有质子传导能力的聚合树脂膜，其中电流的流动由质子从阳极向阴极的移动完成。3.21聚合物电解质燃料电池polymer electrolyte fuel cell;PEFC以聚合物电解质膜为电解质的燃料电池，又称为质子交换膜燃料电池(PEMFC)。3.22功率power功率为稳态下电压与电流的乘积(P=VXD)。3.23功率密度power density3.2功率密度为稳态电袍电医壹电筑密赛的乘职网额定电流密度rated current density由制造商规定的膜电极组件或单电池持续工作时的最大电流密度。3.25额定功率密度rated power density由制造商规定的膜电极组件或单电池持续工作时的最大功率密度。3.26额定电压rated voltage由制造商规定的膜电极组件或单电池持续工作时的最小电池电压。3.27单电池single cell指由一个阳极流场板、一个膜电极组件、一个阴极流场板和密封垫圈组成的电池。3.28单电池试验single cell test◆基于单电池的燃料电池性能试验。3.29化学计量比stoichiometry供应给电池的燃料气体（氧化剂）与根据电流计算的化学反应需要量的摩尔比率。通用安全要求通常情况下，运行中的燃料电池使用氧化性和还原性气体，这些气体存储在高压容器中。燃料电池自身可以加压或常压下运行。筑321-.标准查询下载网3興尚理罚素Z沁
GB/T28817-2012/EC/TS62282-7-1:2010进行单电池试验的人员应进行操作培训，并有操作单电池试验系统的经验，并应熟知安全操作规程(包括电器设备操作、化学反应、压缩气体)。安全操作一台单电池测试平台需要适当的技术培训和经验，以及安全设施和设备，上述内容都不在本技术规范的范围内。5电池组成5.1概述聚合物电解质燃料电池的单电池应包含以下全部或部分组件：a)一片膜电极组件；b)密封件：c)一块阳极侧的流场板和一块阴极侧的流场板；d)一块阳极侧的集流板和一块阴极侧的集流板；?)一块阳极侧的夹固板和一块阴极侧的夹固板；f)电绝缘薄板；g)紧固件，可能包括螺栓、弹簧和垫圈等；h)温度控制装置；)其他辅助部件。5.2膜电极组件(MEA)尺寸电极面积应足够大以满足参数测量要求。虽然较大的燃料电池采用较大面积的电极可能会得到与实际应用更相关的数据，但仍议电极面积在25c3左右。电极的有效面积应当说明，应为两个电极中活性面积较小的一个。在电极面积测量方面的近似不确定度也应说明。5.3气体扩散层(GDL)气体扩散层应该由具有高气体扩散性、导电性、抗腐蚀性材料制成。5.4密封件密封件材料应当与电池反应气体、各组件和反应产物以及运行温度相匹配，应能阻止气体的泄漏。5.5流场板流场板应由具有可忽略的气体渗透性、高导电性的材料制成。推荐使用树脂浸遗、高密度合成石墨、聚合物/碳复合材料，或者耐腐蚀的金属材料，如钛或不锈钢。如果使用金属材料，其表面应有涂层或镀层（如涂/镀金层）以诚少接触电阻。流场板应当抗腐蚀，有合适的密封。议使用蛇形流场，设计议的详细信息见附件A。流场的结构应在试验报告中给出。用于试验的流场板应允许进行电池运行温度的精确测量。例如，流场板的一个面的边缘可能会有一个用于安置温度传感器的孔，此时孔的深度应能达到流场板的中心。注：如果试验的目的是评价某种特定的流道布局，则不必使用议的流场板布局。5.6集流板集流板应由具有高电导率的材料（如金属）制成。金属集流板可以在表面涂覆/镀上降低接触电阻的材料，如金或银；但要注意选择涂层材料，该涂层材料应与电池的组件、反应气体和产物相容。集流板应有足够的厚度以减小电压降，同时应有用于导线连接的输出端。如果金属流场板同时是集流板，则不再需要单独的集流板。筑321--标准查询下载网興尚理蜀Z心.ET
GB/T28817-2012/1IEC/TS62282-7-1:20105.7端板夹固板（或端板）应为平板且表面光滑，应具有足够的机械强度以承受螺栓紧固时产生的弯曲压力。如果夹固板具有导电性，应将其与集流板隔绝以防止发生短路。5.8紧固件紧固件应具有高的机械强度，以承受电池组装和运行时产生的压力。可以使用垫片和弹簧保持作用在单电池上的压力恒定均匀。应使用扭力扳手或其他测量仪器确定电池上的压力的精确。议使用电绝缘的紧固件。5.9温控装置为了使单电池保持恒温且沿流场板和通过电池方向温度分布均匀，应提供温控装置（加热或冷却）。温控装置的设计可遵循一定的温度曲线图。温控装置应能防止过热。可以有多种方式来达到以上要求。一种简单的方式是对流冷却和电加热夹固板（端板）。而这种加热可以通过在极板外表面连接一个表面电阻加热器来达到。另外一种替代方式是在极板上打孔，插入一个筒形加热器。在上述情况下，应注意保持电绝缘。6电池组装6.1装配程序电池组装程序对电池数据的可重复性有很大的影响。下列组装操作中的一些特定过程应以文件记录下来：a)质子交换膜放置定位，包括阳极侧和阴极侧确认。b)气体扩散层放置定位，包括阳极和阴极用气体扩散层确认，也包括气体扩散层面向质子交换膜和流场确认。c)密封件/密封的安装。)固定装置或装配夹具的定位（如果有的话）。?)加压规程，例如，扩散介质压缩值，螺栓紧固次序，压缩弹簧，以及最终的扭距规定。注：压强可以通过压敏纸或膜来核查典型的电池部件定位见附录B。装配后，应检查夹固板和集流板之间的绝缘性。6.2电池方位和气体连接电池工作时应处于合适的方位以利于产物水的排除。电池方位应记录下来。有许多流场可用，应记录所用流场。流场举例见附录A。6.3漏气检查隔膜两侧的压差是最关键的。不应该超过制造商规定的最大压差。电池的外部和内部泄漏应极少。漏气检查规程举例见附录C。原则上，漏气检查程序包括在阳极和阴极侧注入一种惰性气体或检测气体，利用合适的压差，就可确定漏气的性质和方向。应记录最大压差、检测气体性质、漏气速率。如果发现漏气，应进行其他的测试，如鼓泡试验，来进一步描述漏气的类型和性质。筑321·标准查询下载网5興尚理罚素Z沁
GB/T28817-2012/IEC/TS62282-7-1:20107测试平台7.1必要设备单电池试验需要一个燃料电池测试平台，设备至少能满足以下试验参数的单电池试验过程：)反应气体流量的调节一测量燃料电池在所要求的化学计量比下的燃料和氧化剂气体的流率。)反应气体增湿的控制一在气体输送给燃料电池前增湿反应气体到所需的露点。推荐增湿水的电阻系数至少为1Mn·cm(或者电导率最大为10-8S·m1)。注：增湿器与电池之间的气体传输管线应该被加热，至少在露点温度以上5℃~10℃，以使得冷凝最小化。这段管线应隔热，使得热损失最小化。?)反应气体压强的控制一调节燃料电池内反应气体压强。)负载控制一加载以从电池得到规定的电流。负载控制应既能以恒电流模式又能以恒压模式运行。?)电池加热或冷却的控制一一加热或冷却单电池达到所需运行温度。)电池电压监控和数据采集一设备在试验过程中测量和记录电池电压。g)测试台控制—测试台必须能够控制以上参数。h)安全系统一安全系统应该能够在出错情况下自动（或带有音响报警的手工操作）停止试验：议对阳极和阴极管路有氮气吹扫能力。也议对高/低电池电压、压强和温度以及气体泄漏有联动触发装置，同时应具备合适的通风设备。7.2示意图JZ,J图1为控制燃料电池试验的测试平台所需的主要子系统框架示意图。试验台控制负载控制越料电池温度控制氧化剂加热氧化剂进阴极流量阴极气体管道阴极压力排出人控制增湿控制测试中的燃料电池燃料进阳极流量阳极气体M阳极压力控制增湿控制加热燃料管道排出电池电压监控图1单电池试验的测试平台示意图6筑321-标准查询下载网興尚罚Z.Z
GB/T28817-2012/EC/TS62282-7-1:2010与增湿气体或增湿器中的水所接触的所有组件的材料应该和气体或水相容，以防止材料中的杂质被萃取出。这些材料有不锈钢和氟塑料等。气体增湿系统应被设计成能避免从进入电池之前的试验气体中清除掉试验气体杂质。注：杂质可参照IS0/TS14687-2:2008.若不进行杂质气体试验，鼓泡增湿器可以用来为燃料增湿。若能满足本标准规定的功能要求，配置可以改变。7.3测试台控制允许的最大误差（输入试验）燃料电池测试台控制的允许的最大误差推荐值为：a)电流控制为预设值士1%；b)电压控制为预设值士1%；c)电池温度控制为预设值（稳态数值）士1℃；d)增湿露点控制为预设值（稳态数值）土2℃；e)流量控制为预设值士5%；)压力控制为预设值士3%。8测量8.1仪器精度测试中（试验输出）测量值的最大不确定值应为：》电流最大预期值的筑J.NEb)电压最大预期值的士0.5%；c)温度土1℃；d)露点土2℃；e)流量最大预期值的士2%；f)压力最大预期值的士3%。注：低电流、电压和流量时，测量值的不确定度会非常大。8.2测量仪器和测量方法8.2.1概述应按照测量值范围选择测量仪器。测量仪器应该定期校准，以保持10.1中所描述的精度水平。所有测试设备必须按可追溯的标准校正。8.2.2电压电压表应该和阳极与阴极的流场板或集流板相连，使接触电阻最小。如果电压表和阳极、阴极流场板之间，或/和阳极、阴极集流器输出末端间的接触电阻不可忽略，则应该测量并记录该接触电阻。823电流电流测量装置应该连接在电池传输电流的线路上。电流测量装置可以包括低阻抗的电流表或校准过的分流电阻器，其可用已知的精确电压对应流过的电流。电流也可以通过电子负载来测量。8.2.4内阻推荐的内阻测量方法为电流中断法和电化学阻抗谱法。也可以用交流电毫姆表的交流阻抗法。尽筑321·标准查询下载网2興尚理蜀Z心.ET
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