2024電解水制氫用質(zhì)子交換膜

電解水制氫用質(zhì)子交換膜II目 次范圍 3規(guī)性用件 3術(shù)和義 3分類 3技要求 4外觀 4厚均性 4性指標 4試方法 4試狀調(diào)節(jié) 4外檢驗 5厚均性 5拉強、裂應(yīng)變彈模量 6溶率 6質(zhì)傳率面） 7質(zhì)傳率法） 8穿強度 9氫透率 9檢規(guī)則 10檢分類 10出檢驗 10型檢驗 10標、裝運和存 8.1 標志 8.2 包裝 8.3 運輸 8.4 貯存 參考獻 12PAGEPAGE10電解水制氫用質(zhì)子交換膜范圍本文件規(guī)定了電解水制氫用質(zhì)子交換膜的分類、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則以及標志、包裝、運輸和貯存等。本文件適用于以去離子水為原料質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫系統(tǒng)用質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)和貿(mào)易檢驗。（GB/T191包裝儲運圖示標志GB/T36368—2018鋰電子電池用聚烯烴隔膜GB/T20042.3－2022質(zhì)子交換膜燃料電池第3部分：質(zhì)子交換膜測試方法GB/T20042.3-2022界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1電解水制氫用質(zhì)子交換膜protonexchangemembraneforhydrogenproductionviawaterelectrolysis電解水制取氫氣過程中，在電解槽內(nèi)傳導(dǎo)質(zhì)子并隔離氫氣和氧氣的固體聚合物電解質(zhì)膜。3.2溶脹率swellingrateTD、MDZ3.3質(zhì)子導(dǎo)率proton conductivity膜傳導(dǎo)質(zhì)子的能力，是電阻率的倒數(shù)，用mS/cm來表示。注：是衡量膜的質(zhì)子導(dǎo)通能力的一項電化學(xué)指標，它反映了質(zhì)子在膜內(nèi)遷移能力的大小。分類電解水制氫用質(zhì)子交換膜按有無增強材料分為增強型和非增強型。注：質(zhì)子交換膜用樹脂/聚合物與增強材料復(fù)合生產(chǎn)得到的即為增強型產(chǎn)品，沒有使用增強材料即為非增強型。常用的增強材料有ePTFE膜等。外觀電解水制氫用質(zhì)子交換膜應(yīng)表面平整、無壓痕、劃痕、雜質(zhì)、針孔和明顯色差。電解水制氫用質(zhì)子交換膜厚度均勻性用厚度極差和厚度平均偏差表示，厚度均勻性要求應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1厚度均勻性要求項目非增強膜指標增強膜指標Ⅰ（50-130μm）Ⅱ（130-170μm）Ⅲ（170μm以上）Ⅰ（50-100μm）厚度極差/μm≤10≤20≤20≤10厚度平均偏差/μm±10±10±10±5注：表中未列明的膜厚，可由供需雙方協(xié)商決定。電解水制氫用質(zhì)子交換膜性能指標應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2性能指標要求項目非增強膜指標增強膜指標Ⅰ（50-130μm）Ⅱ（130-170μm）Ⅲ（170μm以上）Ⅰ（50-100μm）拉伸強度/MPa橫向（TD）≥25.0≥30.0縱向（MD）≥25.0≥30.0斷裂拉伸應(yīng)變/%橫向（TD）≥200.0≥150.0縱向（MD）≥200.0≥150.0彈性模量/MPa橫向（TD）≥180.0≥240.0縱向（MD）≥180.0≥240.0溶脹率/%橫向（TD）≤25.0≤15.0縱向（MD）≤25.0≤15.0厚度方向（Z）≤25.0≤15.0質(zhì)子傳導(dǎo)率/S·cm-1（面內(nèi)）≥0.08≥0.08質(zhì)子傳導(dǎo)率/S·cm-1（法向）≥0.08≥0.08穿刺強度/N·μm-1≥0.05≥0.04氫氣透過率/cm3/(m2·d·Pa)≤0.08≤0.05≤0.03≤0.1(23±2)(50±5)%12h1m400lx測厚儀，分辨力≤1.0μm。樣品應(yīng)無折皺、缺陷和破損，應(yīng)距膜卷或膜片邊緣位置不小于1cm處取樣?！獦悠窞檎叫位驁A形，有效面積不小于100cm2。——至少選取3個樣品。厚度測試步驟如下：6.3.215mm校準測厚儀的零點后，將測厚儀的測試頭平緩放下，測試頭施加在樣品表面的強度在N/cm2～2N/cm2di。10（1） ??=?????????????????······································································(1)式中：Rdmax——3個樣品厚度測量區(qū)域內(nèi)的最大值，單位為微米（μm）；dmin——3個樣品厚度測量區(qū)域內(nèi)的最小值，單位為微米（μm）。（2） ??=∑??????············································································(2)??=1??式中：d——膜的平均厚度，單位為微米（μm）；di——某一點膜的厚度測量值，單位為微米（μm）；n——測量數(shù)據(jù)點數(shù)。（3） ????=???··········································································(3)式中：D——（d（0——拉伸強度、斷裂拉伸應(yīng)變、彈性膜量按照GB/T20042.3—2022第8章的方法測試。其中拉伸速度采用50mm/min。溶脹率試驗儀器如下：——測厚儀，分辨力≤1.0μm；——游標卡尺，分辨力≤0.02mm，用于測試膜的寬度和長度；——恒溫水浴鍋，溫度控制精度為±0.5℃?！?40mm（）；——×=40mm（）；——每個方向樣品數(shù)量至少為3個，應(yīng)無折皺、缺陷和破損。試驗步驟如下：取6.5.2的23℃±2℃L0d0。將a）802的1M2h；將b）80℃±2將c）8022h；將d）L1Zd1；從6.5.22a）—e）根據(jù)橫向試樣和縱向試樣的長度數(shù)據(jù)，按照公式（4）計算樣品的橫向溶脹率和縱向溶脹率： ?L=(L1?L0)×100 (4)L0式中：?L——橫（縱）向線性溶脹率，單位為％；L1——樣品在恒溫水浴浸泡后的尺寸，單位為毫米（mm）；L0——樣品的初始長度尺寸，單位為毫米（mm）。注：取3個樣品為一組，計算出平均值作為試驗結(jié)果。根據(jù)試樣厚度數(shù)據(jù)，按照公式（5）計算樣品的Z軸溶脹率： ???=??1???0×100······································································(5)??0式中：?d——Z軸的溶脹率，單位為％；d1——樣品在恒溫水浴浸泡后的厚度尺寸，單位為微米（μm）；d0——樣品的初始厚度尺寸，單位為微米（μm）。注：取3個樣品為一組，計算出平均值作為試驗結(jié)果。（）試驗儀器如下：——測厚儀，分辨力≤1.0μm；——游標卡尺，分辨力≤0.02mm，用于測試膜的寬度和長度；——恒溫水浴鍋，溫度控制精度為±0.5℃；——電化學(xué)工作站，阻抗頻率范圍為（1~4×106）Hz，擾動電壓為10mV；1cm×2.0cm）——測試系統(tǒng)，由恒溫水浴鍋、電化學(xué)工作站和質(zhì)子傳導(dǎo)率測試裝置組成的測試系統(tǒng)示意圖可參考GB/T20042.3-2022中的圖1。標引序號說明：1——聚砜絕緣框；2——螺桿；3——平衡開放區(qū)；4——膜樣品；5——鍍金薄片；6——鍍金電極導(dǎo)線。圖1 質(zhì)子電率試置樣品制備如下：（80）℃、3%（800.5M（80±試驗步驟如下：2.0cm×2.0cm的80℃將步驟a)中的1個樣品固定在圖1所示的質(zhì)子傳導(dǎo)率測量裝置中，并用扭矩板手以3N·m8020min14×06Hz10式中：

aRb

········································································(6)σ——樣品的面內(nèi)質(zhì)子傳導(dǎo)率，單位為西門子每厘米（S/cm）；a——兩電極內(nèi)邊緣間距離，單位為厘米（cm）；R——樣品的測量阻抗，單位為歐（Ω）；b——膜的有效寬度，單位為厘米（cm）；d——樣品的厚度，單位為厘米（cm）。注：取3個樣品為一組，計算出平均值作為試驗結(jié)果。（）試驗儀器如下：——MTS740法向電阻測試系統(tǒng)；——N4th電化學(xué)工作站。樣品制備如下：（80）℃、3（80±）℃0.5M將樣品放入（80±）℃330mm×10mm3L；630mm×10mm試驗步驟如下：6.7.213N·mMTS74080100%R.H.；質(zhì)子傳導(dǎo)率（法向）按照公式(7)計算： L RA

·······································································(7)式中：——樣品的法向質(zhì)子傳導(dǎo)率，單位為西門子每厘米（S/cm）；L——樣品的測量厚度，單位為厘米（cm）；R——樣品的測量阻抗，單位為歐（Ω）；面積A ——cm2面積注：取3個樣品為一組，計算出平均值作為試驗結(jié)果。試驗儀器如下：——電子萬能試驗機，任何滿足本章試驗要求的試驗機均可；——測厚儀，分辨力≤1.0μm；——穿刺強度試驗裝置，應(yīng)符合GB/T36363-2018中6.5.3.1圖4。樣品制備如下：（80）℃、3（80）℃0.5M將樣品放入（80±）℃按照GB/T36363—2018中6.5.3.2的規(guī)定測試。按照GB/T36363—2018中6.5.3.2的要求計算，試驗結(jié)果以3次測試的平均值表示。按照GB/T20042.3-2022中第7章的方法測試。產(chǎn)品檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。產(chǎn)品需經(jīng)生產(chǎn)單位的質(zhì)量檢驗部門按本文件逐批檢驗合格并附合格證后方可出廠。由相同材料、工藝、設(shè)備在一定生產(chǎn)周期內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品為一批。出廠檢驗項目和抽樣方案應(yīng)按表3的規(guī)定執(zhí)行。表3檢驗項目和抽樣方案序號檢驗項目出廠檢驗型式檢驗技術(shù)要求章條號試驗方法章條號抽樣方案1外觀√√5.16.2全檢2厚度極差√√5.26.3每批抽檢1卷3厚度允許平均偏差√√5.26.3每批抽檢1卷4拉伸強度√√5.36.4每批抽檢1卷5斷裂拉伸應(yīng)變√√5.36.4每批抽檢1卷6彈性模量√√5.36.4每批抽檢1卷7溶脹率√√5.36.5每批抽檢1卷8質(zhì)子傳導(dǎo)率（面內(nèi)）√√5.36.6每批抽檢1卷9質(zhì)子傳導(dǎo)率（法向）－√5.36.7每批抽檢1卷10穿刺強度√√5.36.8每批抽檢1卷11氫氣透過率√√5.36.9每批抽檢1卷注：“√”為必做項目，“－”表示不必做項目。外觀、厚度極差、厚度允許平均偏差、拉伸強度、斷裂拉伸應(yīng)變、彈性模量、溶脹率、質(zhì)子傳導(dǎo)率（有下列情況之一時