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    燃料電池雙極板定型前還須測試哪些項目

    發布日期: 2020-03-24
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    作為燃料電池堆核心部件之一,雙極板擔當配氣、導電、傳熱、支撐結構等作用。合格的雙極板產品通常需要經過特性測試,測試項目包含平面度、腐蝕電流密度、接觸電阻、體電阻率、透氣率、抗彎強度、阻力降、面積利用率、厚度均勻性、密度和重量等。

    平面度

    平面度亦稱平整度,是產品幾何規范中常見的四項形狀公差之一,也是評定產品成形表面質量的關鍵指標之一。對于燃料電池雙極板,定義為雙極板的脊背部分具有的宏觀凹凸高度相對理想平面的偏差。雙極板的平面度直接影響雙極板與氣體擴散層之間的接觸電阻,從而影響電池性能。

     

     

    腐蝕電流密度

    雙極板的腐蝕電流密度定義為單位面積雙極板材料在燃料電池運行環境中,在腐蝕電位下由于電化學或化學作用引起的破壞產生的電流值,單位為μA/cm2。腐蝕電流密度值大小反映了雙極板腐蝕速率的快慢,是表征雙極板材料及部件在燃料電池運行環境下耐腐蝕性能的物理量。

    美國能源部(DOE)xin雙極板技術指標

    接觸電阻

    接觸電阻本意指兩種材料的接觸部分產生的電阻。對于雙極板,定義為雙極板和氣體擴散層之間的接觸電阻,單位為mΩ·cm2。雙極板的接觸電阻和雙極板有效利用率需要權衡;燃料電池電堆由多片燃料電池單體層疊裝配而成,組裝過程中螺栓夾緊力是影響接觸電阻的關鍵因素。美國能源部(DOE)xin發布的雙極板技術指標提出2020年,雙極板的接觸電阻<10 mΩ·cm2。

    體電阻率

    雙極板體電阻率定義為雙極板材料本體的電阻率值,單位是mΩ·cm2。燃料電池單體的電阻主要由本體電阻和接觸電阻組成。在溫度一定的情況下,材料的電阻為R=ρL/S,其中ρ為電阻率,L為材料長度,S為截面積。

    透氣率

    雙極板透氣率定義為在一定試驗條件下,單位時間內透過單位面積樣品的氣體量,單位為cm3/cm2·min或ml/cm2·min。雙極板透氣率包括雙極板材料透氣率和雙極板部件透氣率。燃料電池的安全包括氫安全、電安全和機械沖擊安全。雙極板透氣不僅影響其耐腐蝕性和壽命,還影響電池的氫安全。

    抗彎強度

    雙極板抗彎強度定義為在規定條件下,雙極板在彎曲過程中所能承受的大彎曲應力,單位為Mpa。燃料電池雙極板須不僅需要具備優良的氣密性、導電和傳熱性能外,還須滿足一定的機械強度以支撐電池結構和裝配。

    阻力降

    雙極板阻力降定義為氣體流經雙極板的進出口壓力差。雙極板流場設計既要充分考慮氣體傳質效率和排水作用,又不得忽略流場阻力降過大給燃料電池空氣系統帶來的大負擔效應。國家標準《GB/T 20042.6-2011質子交換膜燃料電池第6部分:雙極板特性測試方法》中阻力降測試采用氣體介質,實際燃料電池陰陽極流場工作在水氣兩相流環境下。

    全電池分布云圖(上海氫晨)

    面積利用率

    雙極板的面積利用率亦稱有效面積比,即雙極板的有效面積(流場部分面積)與雙極板總面積的比值。雙極板面積利用率與電堆功率密度密切相關(流場部分之外的雙極板面積并不發電)。通常,面積利用率越大,功率密度越高。

    厚度均勻性

    雙極板厚度均勻性用厚度大值與小值之差以及厚度相對偏差表示,單位為mm。大值與小值之差△d=雙極板厚度大值dmax-雙極板厚度小值dmin。厚度相對偏差S=(某一點雙極板厚度測量值di-極板平均厚度d)/極板平均厚度d×100%。注意,雙極板的流場部分,主要測試雙極板脊背部分的厚度,溝槽部分的厚度不考慮在內。

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