TZSA 161-2023 質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬單極板

ICS 27.070CCSK82團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/ZSA161-2023質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬單極板Protonexchangemembranefuelcellmetallicplate2023-10-20發(fā)布 2023-10-21實(shí)施中關(guān)村標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布T/ZSA161-2023T/ZSA161-2023PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIV目 次目 次 I前 言 III引 言 IV1范圍 1規(guī)性用件 1術(shù)和義 14總則 24.124.224.3品處理 24.42驗(yàn)檢）具度 2驗(yàn)一條件 2技要求 2板面痕 2板面凹點(diǎn) 2板面銹點(diǎn) 2板曲度 3板效積比 3板度大差 3板封深最偏差 3板量率比 3板氣降 3極滲率 3極接電阻 3極最減率 3極壓彈模抗壓度 3極腐電密度 3極上層著力 3試方法 3板面痕 3板面凹點(diǎn) 4板面銹點(diǎn) 4板曲度 4板效積比 4板度大差 6板封深最偏差 7板量率比 7板氣降 8極滲率 8極接電阻 8極最減率 9極壓彈?？箟憾?9極腐電密度 10極上層著定性法） 11檢規(guī)則 11廠驗(yàn) 11式驗(yàn) 11驗(yàn)11包、記運(yùn)輸 118.1118.2128.312附錄A（料）翹曲激檢法 13附錄B規(guī)性）滲透激檢法 14附錄C資性）減薄激檢法 15附錄D（料）報(bào)告 16參考獻(xiàn) 18前 言GB/T1.1—20201請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中關(guān)村標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。本文件主要起草人：齊志剛、彭林法、何忠平、褚家寶、林盛、馬春宏、盧琛鈺、王浩琦、陸維、李飛強(qiáng)、曹志強(qiáng)、趙京輝、劉陽(yáng)、龐曉露、楊培勇、方川、徐云飛、李樺、崔志云。引 言6.16.10b)專利持有人姓名：北京新研創(chuàng)能科技有限公司。61專利持有人姓名：北京新研創(chuàng)能科技有限公司。T/ZSA161-2023T/ZSA161-2023PAGEPAGE18質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬單極板范圍本文件適用于以金屬材料（如不銹鋼或鈦）為主要原料的質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬單極板。（GB/T20042.1質(zhì)子交換膜燃料電池第1部分：術(shù)語(yǔ)GB/T20042.6-2011質(zhì)子交換膜燃料電池第6部分：雙極板特性測(cè)試方法GB/T28816燃料電池術(shù)語(yǔ)GB/T20042.1、GB/T28816界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1金屬極板 metallic plate由金屬材料制作用于質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極板和/或陽(yáng)極板。注：本文件中以下將“金屬單極板”簡(jiǎn)稱為“極板”。3.2極板積 platearea極板長(zhǎng)度方向的最長(zhǎng)距離與寬度方向的最長(zhǎng)距離的乘積。注：極板邊緣用于連接電壓巡檢的凸起部分不計(jì)入極板面積。3.3極板效積plate effective area極板性積plate active area極板上與膜電極活性區(qū)域相對(duì)應(yīng)的面積為極板有效面積或極板活性面積。3.4極板效積比 plate effective area percentage極板有效面積占極板面積的百分比。3.5極板大薄率 plate maximum thinning ratio極板最薄處材料厚度與制作該極板板材厚度之差的絕對(duì)值占極板板材厚度的百分比。3.6極板量率比 plate masstopower ratio一片單極板的質(zhì)量與一片與其相匹配使用的膜電極在額定電壓下所發(fā)電功率的比值。3.7 極板抗壓強(qiáng)度platecompressivestrength在極板的應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)中，應(yīng)力與應(yīng)變開(kāi)始偏離彈性直線關(guān)系時(shí)施加于極板上的壓強(qiáng)。注：考慮到極板的特殊性，本定義并不像常規(guī)定義一樣把被測(cè)樣品所能承受的最大壓強(qiáng)定義為抗壓強(qiáng)度。3.8 platewarpagepercentage極板在垂直于基準(zhǔn)平面方向的最大翹曲變形高度占極板長(zhǎng)度的百分比?？倓t概述0.1mm）0.35mm～0.5mm1000mm取樣除指明可以截取極板制品上的部分作為測(cè)試樣品的特殊情況外，應(yīng)以極板制品整體作為測(cè)試樣品。被測(cè)樣品表面應(yīng)保持潔凈，無(wú)油污、異物等，測(cè)試前樣品應(yīng)達(dá)到室溫狀態(tài)。圖樣制造商應(yīng)提供極板制品的圖樣，圖樣上應(yīng)標(biāo)明與測(cè)試項(xiàng)目相關(guān)的尺寸與精度信息。試驗(yàn)）試驗(yàn)（檢測(cè)）器具的精度應(yīng)高于檢測(cè)項(xiàng)目中要求達(dá)到的精度。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件應(yīng)符合以下要求：20℃±5℃；——?dú)鈮海?6kPa～106kPa極板氣側(cè)流場(chǎng)表面劃痕達(dá)到表1所述任一狀況則視為不合格。表1 表面痕定表極板上區(qū)域劃痕數(shù)量個(gè)劃痕寬度mm劃痕深度mm劃痕長(zhǎng)度mm密封槽＞5＞0.07＞0.005＞50反應(yīng)區(qū)域＞5＞0.07＞0.005＞50導(dǎo)流區(qū)域＞7＞0.1＞0.005＞50極板氣側(cè)流場(chǎng)表面凸凹點(diǎn)達(dá)到表2所述任一狀況則視為不合格。表2 表面凸判表極板上區(qū)域凸凹點(diǎn)數(shù)量個(gè)凸凹點(diǎn)直徑mm凸凹點(diǎn)高度或深度mm凸凹點(diǎn)間距離mm密封槽焊道中心線位置＞2＞0.15＞0.02＜30密封槽非焊道中心線位置＞3＞0.3＞0.02＜30反應(yīng)區(qū)域＞3＞0.4＞0.02＜30導(dǎo)流區(qū)域＞5＞0.6＞0.02＜30在密封槽、導(dǎo)流區(qū)和反應(yīng)區(qū)不應(yīng)有污銹點(diǎn)。極板翹曲度應(yīng)不大于1%。極板有效面積占比應(yīng)不小于50%。極板最大厚度（或最小厚度）與平均厚度的偏差應(yīng)不大于30μm。注：極板厚度指垂直于極板平面方向不同區(qū)域極板正面楞表面與該區(qū)域極板背面楞表面之間的垂直距離。極板密封槽最大深度（或最小深度）與平均深度的偏差應(yīng)不大于20μm。不銹鋼極板質(zhì)量功率比應(yīng)不大于0.15g/W，鈦極板質(zhì)量功率比應(yīng)不大于0.08g/W。對(duì)應(yīng)2.0A/cm2電流密度下2.2倍計(jì)量比的空氣流量，陰極板上從空氣入口到出口之間的壓降應(yīng)不大于50kPa。在0.3MPa絕對(duì)壓力下，氦氣通過(guò)極板的滲透率應(yīng)不大于0.02μL/(cm2·min)。在1.0MPa的壓強(qiáng)下，極板的反應(yīng)區(qū)與氣體擴(kuò)散層之間的接觸電阻應(yīng)不大于5mΩ·cm2。極板最大減薄率應(yīng)不大于40%。20MPaMPa0.5μA/cm20.84V1.0V）極板上涂層附著力應(yīng)滿足百格法零級(jí)要求。在800LUX～1200LUX燈光下檢查，如果有劃痕，檢查劃痕的個(gè)數(shù)，并用激光輪廓儀或影像測(cè)量?jī)x測(cè)量劃痕的物理尺寸（長(zhǎng)度、寬度和深度）。注：如果需要獲得整個(gè)極板所有劃痕及其分布情況，可按中國(guó)發(fā)明專利《雙極板表面劃痕檢測(cè)系統(tǒng)及方法》出來(lái)，使控制單元快速準(zhǔn)確地判斷出劃痕的存在，并依此給出劃痕分布圖。在800LUX～1200LUX燈光下檢查，如果有凸凹點(diǎn)，檢查凸凹點(diǎn)的個(gè)數(shù)及其之間的間距，并用菲林片測(cè)量凸凹點(diǎn)的直徑，用高度規(guī)（或深度規(guī)）測(cè)量高度（或深度）。注1：對(duì)于用菲林片測(cè)量時(shí)直徑正好處在可接受值上限的凸凹點(diǎn)，建議在顯微鏡下放大后進(jìn)行測(cè)量。注2：表面凸凹點(diǎn)也可采用橫向分辨率優(yōu)于0.05mm、縱向分辨率優(yōu)于0.01mm的激光掃描儀來(lái)進(jìn)行整塊極板的快速檢測(cè)和識(shí)別。在800LUX～1200LUX燈光下觀察，如果極板表面有污點(diǎn)且用水或酒精擦拭不掉，判定有污銹點(diǎn)。平的直離（hW），然用（1）算的翹度） =hW/L1X100% (1)式中：（mm）；（mm）注：附錄A給出了一種利用平行光投射系統(tǒng)測(cè)量極板翹曲度的方法。（S1）測(cè)量板長(zhǎng)）和度圖所，通過(guò)者乘計(jì)極的面），見(jiàn)式（2） ··········································································(2)式中：（cm）；（cm）注：對(duì)于圓形極板，整個(gè)圓的面積為極板面積，通過(guò)πr2計(jì)算，其中r是圓的半徑。圖1 規(guī)則狀板意圖沿極周邊一矩形該矩應(yīng)把板體緊在其（不括壓巡凸起分），如圖所示測(cè)該形長(zhǎng)（寬（ 然通兩者乘計(jì)極的（見(jiàn)圖2 不規(guī)形極示圖（S2）上1.0mm作為反應(yīng)區(qū)的寬度（）；測(cè)量極板該均加1.0mm作反區(qū)長(zhǎng)）；然后過(guò)者乘，算極板反區(qū)面，即極有面），式（3） ··········································································(3)式中：（cm2）；（cm）；（cm）注：對(duì)于反應(yīng)區(qū)不規(guī)則或反應(yīng)區(qū)難以判斷的極板，可參考由送檢單位提供的帶有反應(yīng)區(qū)精確尺寸的圖紙。圖3 極板效積意圖按照式（4）計(jì)算極板有效面積占比。 ηEA=S2/S1x0% (4式中：EA（）（cm2）；（cm2）20和圖10mm2，用測(cè)度或尺測(cè)這點(diǎn)厚度后用分別算均厚度與平均厚度差（）、最小厚度與厚度的偏差），取偏大者為厚度最 ··········································································(5)式中：（mm）；（mm） ····························································(6)式中：（μm）；（mm） ····························································(7)式中：（μm）（mm）圖4 長(zhǎng)邊向口極厚測(cè)量示圖圖5 四周口極厚測(cè)點(diǎn)示圖10（如圖），（7）之垂距為封槽深然分別算封平度（最深與均度的（ 最深與平深的取偏大為密封深最偏 ··········································································(8)式中：（mm）；（mm） ···························································(9)式中：（μm）；（mm） ··························································(10)式中：（μm）；（mm）注：測(cè)量時(shí)應(yīng)避開(kāi)有凸凹點(diǎn)的位置。圖6 密封深測(cè)點(diǎn)意圖圖7 密封深示圖 （11）（mP） mP=m/（PRVXS2） (11)式中：mP——質(zhì)量功率比，單位為克每瓦（g/W）；——極板質(zhì)量，單位為克（g）；（cm2）;PRV——膜電極在額定電壓時(shí)的功率密度（由供貨商提供），單位瓦每平方厘米（W/cm2）。 10.65V。 2RV12Wcm2（1cm1.0MPa5mm2.0A/cm22.2注：如果需要測(cè)試空氣在某一指定入口壓強(qiáng)時(shí)極板的空氣壓降，可以在上述測(cè)試裝置空氣出口管路上安裝一背壓閥，通過(guò)調(diào)節(jié)該背壓閥的壓強(qiáng)，使空氣流量為2.0A/cm2電流密度2.2倍計(jì)量比時(shí)空氣入口表壓達(dá)到指定壓強(qiáng)，空氣入口處表壓與背壓閥的表壓壓強(qiáng)之差即為極板在該指定空氣入口壓強(qiáng)下的壓降。極板滲透率的檢測(cè)可選用以下兩種方法：1.0MPa1cm300kPa0.5h（），按式（12）（） ··········································································(12)式中：——?dú)怏w滲透率，單位為微升每分鐘每平方厘米（μL/min·cm2）；（cm2）注：如果極板上有翻轉(zhuǎn)口，密封圈合圍的區(qū)域不包括該翻轉(zhuǎn)口。按本文件附錄B的方法進(jìn)行測(cè)試和判定。參照GB/T20042.6-20MPaR。 Rcont=（R1–R2–RGDM–RB）XScont/2 (13)式中：Rcont——極板與氣體擴(kuò)散層間的接觸電阻，單位為毫歐平方厘米（mΩ·cm2）；——極板材料本體電阻、兩片氣體擴(kuò)散層本體電阻、極板與兩片氣體擴(kuò)散層間的接觸電阻、兩（mΩ）；——一片氣體擴(kuò)散層本體電阻、兩個(gè)鍍金銅電極本體電阻及一片氣體擴(kuò)散層與鍍金銅電極間的（mΩ）；RB——極板材料本體電阻（由制造商提供，或根據(jù)板材標(biāo)準(zhǔn)電阻率進(jìn)行計(jì)算），單位為毫歐（mΩ）；RGDM——一片氣體擴(kuò)散層本體電阻，單位為毫歐（mΩ）；Scont——極板與氣體擴(kuò)散層有直接接觸部位的幾何面積，單位為平方厘米（cm2）。注1：如果極板與氣體擴(kuò)散層有直接接觸部位的幾何面積Scont不好確定，可采用極板有效面積的1/2（即0.5）代替Scont進(jìn)行計(jì)算。通常情況下，0.5略大于Scont，故采用0.5計(jì)算出的接觸電阻比實(shí)際情況可能略微偏大。注2：不銹鋼或鈦材料的本體電阻都很小，可以在計(jì)算接觸電阻過(guò)程中把RB忽略不計(jì)。注3：測(cè)試過(guò)程中也可以逐漸增加壓力，得到不同壓力下極板與氣體擴(kuò)散層的接觸電阻。注4：給出測(cè)試過(guò)程中所用氣體擴(kuò)散層的型號(hào)。把位于極板共用腔室之間的導(dǎo)流區(qū)和反應(yīng)區(qū)的流場(chǎng)按其特征分區(qū)，如圖8所示的極板分了A到H共8處理，影測(cè)儀（OMM）量面板的度，錄?。?4）（hMTR） HMTR=[(d1–d2)]/d1X100% (14)式中：（%）；（μm）；（μm）注1：在極板成型前厚度未知的情況下，可以測(cè)試極板最邊緣處的厚度，以此作為。注2：附錄C給出了一種采用激光進(jìn)行測(cè)量的方法。圖8 極板薄域分意圖1cm1：0.0002mm/mm11GB/T7314-2017和GB/T16825.1的（測(cè)不壓力兩鋼內(nèi)面間的（極在受力態(tài)的（坐繪極應(yīng)-變板力應(yīng)示圖見(jiàn)力-變包括個(gè)征-段、 - 直段、 - 彎段圖9 極板力-應(yīng)示圖標(biāo)引符號(hào)說(shuō)明：——施加于鋼塊之間的力，單位為牛（N）；）（mm2）；（μm）；（μm）；——極板的壓縮彈性（楊氏）模量，單位為兆帕（MPa）；RMC——極板的抗壓強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）。通過(guò)算 - 直（其中部斜率即該極的縮楊氏模在中點(diǎn)始力應(yīng)變系再持性，點(diǎn)處壓即該板抗壓（RMC）按GB/T20042.6-20118.3jcorr Jcorr=I/S4 (15)式中：Jcorr——腐蝕電流密度，單位為微安每平方厘米（μA/cm2）；——腐蝕電流，單位為微安（μA）；（cm2）按GB/T20042.6-20110.84V（或0.84或V）j0.84V（或j1.0V）注1：j0.84V、j1.0V或其它更高電位下的腐蝕電流給出涂層在相對(duì)高的電位下的抗腐蝕能力，這些電位可能會(huì)出現(xiàn)在燃料電池低電流密度下運(yùn)行階段或開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程中，對(duì)極板涂層和膜電極的壽命都可能有較大的負(fù)面影響。注2：j0.8或j.0jcorj0.8或j1.0Vjcr）2mm～3mm3M60030s如果極板上沒(méi)有長(zhǎng)、寬各約2mm～3mm的平面部位，供貨商應(yīng)提供帶有同樣涂層的同材質(zhì)平板樣品。產(chǎn)品出廠前應(yīng)按本7.3的要求進(jìn)行出廠檢驗(yàn)。相同原料、相同工藝的同類產(chǎn)品每三年內(nèi)應(yīng)進(jìn)行不少于1次型式檢驗(yàn)。有下列情況之一時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行型式檢驗(yàn)：6出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目為常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目，型式檢驗(yàn)項(xiàng)目包含所有檢驗(yàn)項(xiàng)目，檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)符合表3的要求。表3 檢驗(yàn)?zāi)啃蛱?hào)檢驗(yàn)項(xiàng)目出廠檢驗(yàn)型式檢驗(yàn)要求章條號(hào)檢驗(yàn)方法章條號(hào)1極板表面劃痕●●5.16.12極板表面凸凹點(diǎn)●●5.26.23極板表面污銹點(diǎn)●●5.36.34極板翹曲度-●5.46.45極板有效面積占比-●5.56.56極板厚度最大偏差-●5.66.67極板密封槽深度最大偏差-●5.76.78極板質(zhì)量功率比-●5.86.89極板空氣壓降-●5.96.910極板滲透率-●5.106.1011極板接觸電阻-●5.116.1112極板最大減薄率-●5.126.1213極板壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度-●5.136.1314極板腐蝕電流密度-●5.146.1415極板上涂層附著力-●5.156.15注：“●”表示檢測(cè)該項(xiàng)目，“—”表示不檢測(cè)該項(xiàng)目。包裝50標(biāo)記包裝箱中應(yīng)包含（或注明）出廠檢驗(yàn)報(bào)告，產(chǎn)品型號(hào)或規(guī)格、識(shí)別標(biāo)記等。運(yùn)輸極板運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)注意采用防撞、防壓等措施。附 錄 A（資料性）極板翹曲度激光檢測(cè)法h翹曲，利用式（1）計(jì)算得到極板翹曲A.1圖A.1極板翹曲度激光檢測(cè)方法示意圖

附 錄 B（規(guī)范性）極板滲透率激光檢測(cè)法具有檢測(cè)口的暗室，檢測(cè)口應(yīng)能被被測(cè)樣品完全覆蓋激光器、激光控制器、光線探測(cè)器。數(shù)）記，過(guò)式（B.1）行算極板材光能數(shù)。 ··································································(B.1)式中：（J?s）；——普朗克常量，6.6×10-34，單位為焦耳秒（J?s）；（））記，過(guò)（B.2）行算板子能數(shù) ·······················································(B.2)式中：（J?s）；——普朗克常量，6.6×10-34，單位為焦耳秒（J?s）；（B.3） F=(E1–E2)/E1X100% (B.3)式中：F——兩個(gè)所測(cè)光子能量數(shù)值之差占極板板材的光子能量數(shù)值的百分比，單位為百分比（%）；（J?s）；（J?s）判定如果兩個(gè)所測(cè)光子能量數(shù)值相差不超過(guò)5%，極板滲透率記錄為小