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    質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）作為質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）的核心部件，其性能直接關(guān)乎燃料電池的整體效率和壽命。在燃料電池領(lǐng)域，質(zhì)子交換膜不僅承擔(dān)著傳導(dǎo)質(zhì)子的任務(wù)，還需有效阻隔電子和其他物質(zhì)的通過(guò)，確保電池的安全高效運(yùn)行。因此，對(duì)質(zhì)子交換膜進(jìn)行全面的測(cè)試與評(píng)估，是確保燃料電池性能與質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。泉科瑞達(dá)在新能源行業(yè)有拉力機(jī)、測(cè)厚儀以及定制型自動(dòng)測(cè)控儀器的眾多用戶，本文將結(jié)合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(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，從質(zhì)子交換膜的氣體透過(guò)率、拉伸強(qiáng)度（包括拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長(zhǎng)率）、180°剝離強(qiáng)度、厚度均勻性等測(cè)試項(xiàng)目全面介紹各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)意義、要求以及相應(yīng)的儀器配置方案。

一、氣體透過(guò)率測(cè)試項(xiàng)目與儀器

1、氣體透過(guò)率和氣體透過(guò)系數(shù)

    氣體透過(guò)率是在恒定溫度和單位壓力差下,穩(wěn)定透過(guò)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)試樣單位面積的氣體的體積。氣體透過(guò)系數(shù)在恒定溫度和單位壓力差下,在穩(wěn)定透過(guò)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。
注1:氣體透過(guò)率用標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示,單位為立方厘米每平方米天帕[cm3/(㎡·d·Pa)]。氣體透過(guò)系數(shù)用標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示,單位為立方厘米厘米每平方米秒帕[cm3/·cm/(cm·s·Pa)]。

    氣體透過(guò)率是衡量質(zhì)子交換膜阻隔性能的重要指標(biāo)。在恒定溫度和單位壓力差下，通過(guò)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)試樣單位面積的氣體的體積，可以評(píng)估膜的氣體阻隔能力。氣體透過(guò)率越低，表明膜的阻隔性能越好，能夠有效防止氫氣和氧氣直接混合，提高燃料電池的效率和安全性。質(zhì)子交換膜氣體透過(guò)率并非越高越好，合適的透氣性能可以確保質(zhì)子交換膜在阻隔燃料和氧化劑的同時(shí)，允許適量的水分子通過(guò)，以維持膜的導(dǎo)電性。

2、氣體透過(guò)率測(cè)試需要使用的儀器

按照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(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，質(zhì)子交換膜透氣率測(cè)試應(yīng)當(dāng)采用壓差法原理的氣體滲透儀，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器的要求檢測(cè)最低限≥0.05ｃm3/(㎡·d·Pa，真空分辨率為±0.1Pa。
推薦使用的儀器為泉科瑞達(dá)儀器（QKTESTER）的GTR-H2氣體透過(guò)率測(cè)試儀(易燃易爆氣體透過(guò)率測(cè)試專(zhuān)用儀器)。此款儀器采用試驗(yàn)主機(jī)與電控單元箱分體式設(shè)計(jì)，試驗(yàn)機(jī)內(nèi)閥件除真空傳感器（也做了防爆處理）外其余控制閥全全部采用氣動(dòng)閥體，可以保證測(cè)試主機(jī)部分對(duì)于易燃易爆氣體測(cè)試的安全性，而分體式電控單位元箱則集中了電測(cè)器件，可以實(shí)現(xiàn)距離測(cè)試主機(jī)5米外的控制；并且采用485協(xié)議，甚至可以實(shí)現(xiàn)控制器距離百米外的遠(yuǎn)程控制要求。

二、拉伸強(qiáng)度測(cè)試

按照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(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，質(zhì)子交換膜拉伸強(qiáng)度指標(biāo)主要包括拉伸強(qiáng)度（tensile strength）、彈性模量（modulus of elasticity in tension）、斷裂拉伸應(yīng)變（tensile strain at break）三個(gè)的指標(biāo)。

1、拉伸強(qiáng)度（tensile strength）
在給定溫度、濕度和拉伸速度下,在標(biāo)準(zhǔn)膜試樣上施加拉伸力,試樣斷裂前所承受的最大拉伸力與試樣的橫截面面積的比值。
注1:橫向拉伸強(qiáng)度:表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸強(qiáng)度,用σTD表示。
注 2:縱向拉伸強(qiáng)度:表示重直于膜卷軸方向的膜的拉伸強(qiáng)度,以σMD表示。

2、彈性模量（modulus of elasticity in tension）
質(zhì)子交換膜中,應(yīng)力應(yīng)變曲線上初始直線部分的斜率
注1:橫向拉伸彈性模量:表示平行于膜卷軸向的膜的拉伸彈性模量,用ETD表示。
注 2:縱向拉伸彈性模量:表示垂直于膜卷軸方向膜的拉伸彈性模量,以EMD.表示。
注 3:推薦應(yīng)力應(yīng)變曲線上應(yīng)變分別為ε1=0.5%和ε2=2.5%的兩個(gè)點(diǎn)的斜率為彈性模量。
注4:彈性模量用E表示,單位為兆帕(MPa)。

3、斷裂拉伸應(yīng)變（tensile strain at break）
試樣發(fā)生斷裂時(shí),原始標(biāo)距單位長(zhǎng)度的增量
注 1:橫向斷裂拉伸應(yīng)變:表示平行于膜卷軸向的膜的斷裂拉伸應(yīng)變,用εTD表示。
注 2:縱向斷裂拉伸應(yīng)變:表示垂直于膜卷軸方向膜的斷裂拉伸應(yīng)變,以εMD表示。
注3:斷裂拉伸應(yīng)變用ε表示,單位為無(wú)量綱的比值或百分?jǐn)?shù)(%)。

4、拉伸強(qiáng)度測(cè)試和儀器配置方案
質(zhì)子交換膜拉伸強(qiáng)度測(cè)試用于評(píng)估質(zhì)子交換膜在拉伸加載下的最大承載能力。在給定試驗(yàn)條件和拉伸速度下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)膜試樣施加拉伸力，直至試樣斷裂，記錄其斷裂前所承受的最大拉伸力與試樣橫截面面積的比值，即為拉伸強(qiáng)度，按相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方式同時(shí)給出斷裂拉伸應(yīng)變和彈性模量。該測(cè)試能夠反映膜材料的力學(xué)穩(wěn)定性和耐機(jī)械損傷能力。

推薦使用泉科瑞達(dá)儀器的ETT-H2智能電子拉力試驗(yàn)機(jī),該儀器專(zhuān)款專(zhuān)用，專(zhuān)門(mén)針對(duì)質(zhì)子交換膜拉伸性能試驗(yàn)的三個(gè)要求，設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)后，一次性給出三個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果；我司還提供專(zhuān)用的取樣裝置，專(zhuān)業(yè)用于試樣制備。

三、180°剝離強(qiáng)度測(cè)試peeling force at 180 angle

1、剝離強(qiáng)度試驗(yàn)項(xiàng)目及要求
    180剝離強(qiáng)度是在剝離角度為 180°的剝離條件下,一定寬度測(cè)試樣條以一定速度連續(xù)剝離時(shí)所需要的載荷，180°剝離強(qiáng)度的單位為牛每毫米(N/mm)。
在深入探討質(zhì)子交換膜（PEM）的180度剝離測(cè)試之前，我們首先需要理解質(zhì)子交換膜作為燃料電池核心部件的重要性。PEM不僅分隔了燃料（如氫氣）和氧化劑（如氧氣），還允許質(zhì)子從陽(yáng)極通過(guò)膜遷移至陰極，同時(shí)阻止電子的直接傳遞，從而維持電池內(nèi)部的電荷平衡，實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。而PEM的耐久性和穩(wěn)定性，尤其是其界面結(jié)合強(qiáng)度，直接關(guān)系到燃料電池的整體性能和壽命。因此，180度剝離測(cè)試作為評(píng)估PEM與催化劑層或氣體擴(kuò)散層之間結(jié)合力的關(guān)鍵手段，顯得尤為重要。

2、質(zhì)子交換膜剝離強(qiáng)度試驗(yàn)儀器配置方案
    推薦使用泉科瑞達(dá)儀器的DBL-01,BLD-200N電子剝離試驗(yàn)機(jī)；如果用戶選用了泉科瑞達(dá)器的ETT-H2智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)則無(wú)需加購(gòu)儀器，該儀器配有專(zhuān)門(mén)滿足質(zhì)子交換膜剝離強(qiáng)度的試驗(yàn)程序（包括180度與90度二種程序），可以更好的滿足用戶更多的需求，尤其是一些要開(kāi)展90度剝離強(qiáng)度測(cè)試的要求。

四、厚度均勻性--質(zhì)子交換膜

1、質(zhì)子交換膜厚度均勻性檢測(cè)的意義
質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）作為燃料電池中的核心組件，其厚度及均勻性直接關(guān)系到燃料電池的整體性能與安全性
質(zhì)子交換膜不僅是分隔燃料與氧化劑的屏障，更是質(zhì)子傳遞的關(guān)鍵通道。其厚度的微小變化都可能對(duì)燃料電池的質(zhì)子傳導(dǎo)率、水管理能力及機(jī)械穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。具體來(lái)說(shuō)，過(guò)厚的PEM可能導(dǎo)致電阻增加，降低能量轉(zhuǎn)換效率；而厚度不均則可能引發(fā)局部過(guò)熱、應(yīng)力集中等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅燃料電池的安全運(yùn)行。因此，對(duì)PEM的厚度進(jìn)行精確控制和均勻性評(píng)估，是燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的一環(huán)。
按照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(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定質(zhì)子交換膜測(cè)厚儀：精度不低于０.1μｍ。 （卡尺：精度不低于０．０２ｍｍ，用于測(cè)試膜的長(zhǎng)度和寬度）。

2、質(zhì)子交換膜厚度檢測(cè)儀器推薦
    通過(guò)質(zhì)子交換膜厚度均勻性測(cè)試，可以全面了解PEM的厚度分布情況。這一信息對(duì)于燃料電池的設(shè)計(jì)、制造及后期維護(hù)都至關(guān)重要。它可以幫助工程師優(yōu)化PEM的制備工藝，確保每一片PEM都能達(dá)到理想的厚度和均勻性標(biāo)準(zhǔn)，從而提升燃料電池的整體性能和可靠性。同時(shí)，對(duì)于已經(jīng)制成的燃料電池，定期進(jìn)行PEM厚度均勻性測(cè)試也是確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。基于質(zhì)子交換膜厚度均勻性測(cè)試的意義深遠(yuǎn)，而專(zhuān)用的測(cè)試儀器則是實(shí)現(xiàn)這一測(cè)試目標(biāo)的關(guān)鍵工具。

    推薦泉科瑞達(dá)儀器的CHY-02、CHY-03專(zhuān)用測(cè)厚儀，該儀器按照膜材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，該款儀器在國(guó)內(nèi)新能源、膜材料儀器中有著較多的用戶群體。其基于機(jī)械接觸式測(cè)量原理，通過(guò)精密設(shè)計(jì)的測(cè)量頭、懸臂，以極小的壓力施加于試樣表面，利用業(yè)內(nèi)配置少有的高精傳感探頭實(shí)時(shí)捕捉并計(jì)算上下測(cè)量面之間的距離，從而準(zhǔn)確獲取PEM的厚度值。

五、質(zhì)子交換膜檢測(cè)儀器與項(xiàng)目小結(jié)

    質(zhì)子交換膜作為燃料電池的核心部件，其厚度、拉伸強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度及透氣率等性能等指標(biāo)的檢測(cè)，對(duì)于提升燃料電池的整體性能、延長(zhǎng)使用壽命、推動(dòng)清潔能源應(yīng)用具有重要意義。泉科瑞達(dá)(qktester.com)作為專(zhuān)業(yè)的膜材檢測(cè)儀器制造商，不僅能夠按標(biāo)準(zhǔn)提供相應(yīng)的儀器，還通過(guò)定制的方式為電池新能源行業(yè)提供了壓縮厚度測(cè)量?jī)x、穿刺試驗(yàn)儀等智能化儀器，解決因人而異的試驗(yàn)差異；智能型測(cè)控技術(shù)與儀器有應(yīng)用，大大的提高了相關(guān)檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確度。隨著科技的不斷進(jìn)步和檢測(cè)技術(shù)的日益完善，相信在不久的將來(lái)，我們能夠看到更加高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的質(zhì)子交換膜材料應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)，為人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更大力量。在這個(gè)過(guò)程中，每一位科研工作者和技術(shù)人員的努力與探索，都是不可或缺的重要力量。