ICS 27.070 K 82 GB 中华人民共和国国家标准 GB/T 20042.5—2009 质子交换膜燃料电池 第5部分：膜电极测试方法 Proton exchange membrane fuel cell Part 5:Test method for membrane electrode assembly 2009-04-21发布 2009-11-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 20042.5—2009 目 次 前言 II 1 范围 规范性引用文件 2 术语和定义 3 厚度均匀性测试 Pt担载量测试. 单电池极化曲线测试 透氢电流密度测试 8活化极化过电位与欧姆极化过电位测试 9电化学活性面积测试. 10 附录A（资料性附录） 测试准备 12 附录B（资料性附录） 试验报告 13 附录C（资料性附录） 燃料电池内阻与反应电阻测试 GB/T 20042.5—2009 前言 GB/T20042《质子交换膜燃料电池》分为六个部分： 第1部分：术语； 第2部分：电池堆通用技术条件； 第3部分：质子交换膜测试方法； 一第4部分：电催化剂测试方法； 一第5部分：膜电极测试方法； 一第6部分：双极板测试方法 本部分为GB/T20042的第5部分。 本部分的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。 本部分由中国电器工业协会提出。 本部分由全国燃料电池标准化技术委员会（SAC/TC342)归口。 本部分负责起草单位：中国科学院大连化学物理研究所。 本部分参加起草单位：机械工业北京电工技术经济研究所 本部分主要起草人：邱艳玲、钟和香、张华民、张黛、王美日、衣宝廉、候明 本部分为首次发布。 II GB/T20042.5—2009 质子交换膜燃料电池 第5部分：膜电极测试方法 1范围 匀性测试、Pt担载量测试、单电池极化曲线测试、透氢电流密度测试、活化极化过电位与欧姆极化过电 位测试、电化学活性面积测试。 本部分适用于各种类型的质子交换膜燃料电池 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB/T20042的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文 件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本 部分。 GB/T6672—2001塑料薄膜和薄片厚度测定机械测量法（ISO4593:1993,IDT) GB/T19596电动汽车术语（GB/T19596—2004，ISO8713:2002,NEQ) GB/T20042.1质子交换膜燃料电池术语 3术语和定义 GB/T19596和GB/T20042.1确立的以及下列术语和定义适用于本部分。 3. 1 Pt担载量platinumloading 单位面积膜电极上贵金属Pt的用量，单位为mg/cm。 3.2 反应气体化学计量比reactantstoichiometry 反应气体实际供给量与依据法拉第定律计算的单电池实际输出电流所需反应气体量之比。 注：反应气体利用率与化学计量比呈倒数关系。 3.3 透氢电流密度hydrogencrossovercurrentdensity 一定温度、一定压力和相对湿度条件下，用电化学方法检测得到的氢气穿过膜电极的速度，单位为 A/cm。 3. 4 膜电极中电催化剂的电化学活性面积（ECA）electrochemicalarea（ECA） 膜电极内用电化学方法测试的催化剂的活性比表面积。单位为m/g。 注：膜电极的ECA与质子交换膜燃料电池（PEMFC)电催化剂活性、电极结构等因素有关。 3.5 燃料电池内阻fuelcellinternalresistance 燃料电池内部离子流动阻力与导电性元件中电子流动阻力之和，以R，表示，单位为·cm。 注：R包括离子电阻（Ri.）、电子电阻（Ri）和接触电阻（Ri.）三部分，即 1 GB/T20042.5—2009 R = Ri.i+Ri.e+R.. .(1) 式中： R——燃料电池内阻，单位为欧姆平方厘米（α·cm）； Ri.;——离子电阻，单位为欧姆平方厘米（α·cm²）； Ri——电子电阻，单位为欧姆平方厘米（Q·cm）； R...——接触电阻，单位为欧姆平方厘米（α·cm）。 3.6 活化极化过电位 activiation overpotential 当电极表面电化学反应速度较快，而电极过程动力学速度较慢时，导致电极表面积累带某种电荷的 粒子，从而引起的电极电位损失，又称为电化学极化过电位。单位为V。 注：活化极化过电位通常由阳极活化极化过电位和阴极活化极化过电位组成。对PEMFC，由于阴极反应的交换 电流密度远小于阳极反应的交换电流密度（约低10），因而电池的活化极化过电位主要由阴极活化极化过电 位引起。 3.7 欧姆极化过电位 ohmicoverpotential 由燃料电池欧姆极化引起的电位损失，单位为V。 注：欧姆极化过电位主要来自于电解质（如质子交换膜及质子导体）对离子的流动阻力。欧姆损失遵循欧姆定律： Tohm = iR, .....(2) 式中： ohm 欧姆极化过电位，单位为伏特（V)； i———流经燃料电池的电流，单位为安培（A)； R 燃料电池内阻，单位为欧姆平方厘米（Q·cm²）。 3.8 反应电阻 reaction resistance 催化层内电化学反应阻力的大小，单位为α2·cm。 注：反应电阻与质子交换膜燃料电池的电催化剂催化活性、膜电极结构、电池操作条件等有关。 4厚度均匀性测试 本部分参考GB/T6672一2001中关于薄膜材料厚度的机械测量方法进行测试。 4.1测试仪器 测厚仪：精度不低于0.001mm。 4.2样品制备 样品为正方形或圆形，有效面积至少为25cm²。 样品应无折皱、缺陷和破损。 样品为包括两张气体扩散层的膜电极， 4.3测试方法 4.3.1样品在温度为25℃土2℃，相对湿度（RH）为50%土5%条件下放置1h 4.3.2首先校准测试仪的零点，再进行测试。测试时应避免造成样品折皱、破损。测试过程测试头施 加在样品表面的压强为5N/cm。 4.3.3样品测试点不少于9个，且均匀分布，测试点距离样品边缘应大于5mm。 4.4数据处理 样品的厚度均勾性用厚度最大值与最小值之差以及厚度相对偏差表示。 4.4.1最大值与最小值之差按公式（3)计算： △d = dmux -dmin ..(3) 2