摘要標准主要起草人吴丹博士就《质子交换膜燃料电池什么是膜电极极测试方法》的具体内容做进一步的解读

2020年5月1日由擎动科技牵头的中国汽车工业协会团体标准T/CAAMTB 12-2020《质子交换膜燃料电池什么是膜电极极测试方法》正式发布执行。该标准基于擎动多年的实践经验和国际流行的测試方案和合作单位一起历时2年编撰完成。

它的发布将有效改善行业内对什么是膜电极极性能特别是寿命评价标准不一的现状推动什么昰膜电极极产品技术持续发展。标准主要起草人吴丹博士就该标准的具体内容带来进一步的解读

质子交换膜燃料电池什么是膜电极极是燃料电池电化学反应发生的区域，是整个燃料电池系统的核心部件其输出性能和耐久性决定了燃料电池的性能和寿命。因此什么是膜電极极的输出性能和耐久性是评价燃料电池系统性能和寿命的关键参数之一。原有的国家标准GB/T 9《质子交换膜燃料电池 第5部分：什么是膜电極极测试方法》没有包含什么是膜电极极耐久性方面的测试方法，而且随着燃料电池行业的发展对什么是膜电极极的性能又提出了新嘚需求，测试设备有了新的发展因此，本标准针对GB/T 9《质子交换膜燃料电池 第5部分：什么是膜电极极测试方法》做一下几个方面补充：

——什么是膜电极极串漏率的测试方法满足什么是膜电极极的气密性的表征要求；

——电极抗反极性能测试方法，满足什么是膜电极极的忼反极性能的表征需求；

——什么是膜电极极质子交换膜化学耐久性测试方法满足什么是膜电极极质子交换膜寿命的快速表征需求；

——什么是膜电极极催化剂耐久性测试方法，满足什么是膜电极极催化剂寿命的快速表征需求；

——什么是膜电极极催化剂载体耐久性测试方法满足什么是膜电极极催化剂载体寿命的快速表征需求；

——测试铂载量的新方法，对什么是膜电极极进行原位的无损测量易于操莋；

——测试欧姆极化电阻的新方法，测量结果重复性和稳定性更高操作简便，更为有效

什么是膜电极极的串漏是指阴阳极两侧之间發生漏气问题，通常由于薄膜针孔或者边框封装等问题导致可能引发内漏降低效率和形成氢氧界面等问题给电堆运行带来严重风险。通瑺电堆厂家在什么是膜电极极装堆后会进行气密性检测但是发现串漏问题时难以找出问题什么是膜电极极，因此什么是膜电极极出厂前應当对每一片什么是膜电极极进行串漏率检测找出问题什么是膜电极极，保证出厂什么是膜电极极质量本标准的串漏率测试是采用阳極侧加压的方法，通过阴极的压力变化快速测出串漏情况并通过皂膜流量计进行流量校准，得到串漏率

燃料电池电堆运行时，由于阳極氢气供气不足导致该节电池电压低于零伏甚至出现反转即发生反极现象。反极现象的本质是由于氢气欠气导致阳极无法进行氢气氧化反应（HOR）产生质子和电子进行内部电流传输导致发生碳的水解反应（C+2H₂O=CO₂+4H⁺+4e^-）产生质子和电子，或者水氧化反应（OER）产生质子和电子反极现潒发生时，超高的阳极电位会使催化剂碳载体发生快速腐蚀严重影响什么是膜电极极的输出性能，严重时甚至会介电击穿质子膜出现发熱烧堆的风险什么是膜电极极抗反极性能是用来评价燃料电池在发生反极现象时，什么是膜电极极性能保持不衰减的能力本标准中用停机反极运行时间和无损反极运行时间来表征，停机反极运行时间是指从燃料电池发生反极现象起到燃料电池到达截止保护电压而停机的連续运行时间无损反极运行时间从燃料电池发生反极现象起到其额定功率衰减4%以内的连续反极运行时间。对于终端客户来说无损反极運行时间更有指导意义。

耐久性是什么是膜电极极最为重要的影响参数而且不同的工况下耐久性会有显著差异，但是耐久性测试耗时长苴花费较大本标准采用的是耐久性加速测试方案，参考的美国能源部（DOE）2016年的测试方案此方案经历过几次升级目前在业界广泛应用。此加速测试方案分别根据催化剂、催化剂载体和质子交换膜的衰减机理设定相应的极端工况运行，使什么是膜电极极在短时间内完成全壽命周期内可能发生的衰减进而快速的测试什么是膜电极极的寿命或耐久性，并进行性能评价其中包括

什么是膜电极极在运行过程中，阴极Pt催化剂在高操作电位（>0.85V）下被氧化为Pt²⁺离子溶解到质子导电单体中而在低电位时Pt²⁺离子被还原沉积到铂颗粒表面或者质子膜和催化剂層的界面处。粒径小的Pt催化剂由于表面能高更加容易氧化，而Pt²⁺离子更加容易沉积到大颗粒的Pt表面因此在燃料电池变载运行过程中，小顆粒的铂不断溶解然后沉积变成大颗粒的铂，使催化剂的比表面积不断减小活性不断下降，这个过程称为Oswald熟化Oswald熟化是什么是膜电极極在运行过程中催化剂Pt的主要衰减机制，因此本标准采用0.6V-0.95V的方波扫描模拟实际运行工况加速Pt的Oswald熟化过程，从而评价催化剂的耐久性

催囮剂的碳载体理论上在低于1V的电池运行环境下，腐蚀速度非常慢比较稳定。但是电堆在运行过程中特别是启动/停止阶段，由于氧气通過质子膜往阳极渗透等原因在阳极侧形成了氢气（A区）/氧气（B区）界面，在此界面处氧气与质子发生了反应产生了局部反极，迫使阴極催化剂载体碳和水发生氧化产生质子出现了阴极远高于1V的高电位。而在此条件下催化剂的碳载体腐蚀速度加快，导致催化剂层变薄催化剂颗粒团聚长大，活性下降因此本标准采用了1V-1.5V的三角波循环模拟阴极高电位情况，加速催化剂载体的腐蚀从而评价载体的耐久性。

质子交换膜一般由全氟碳骨架组成化学稳定较高。但是在电堆运行过程中渗透到阳极的氧气由于不完全氧化会产生H₂O₂，H₂O₂分解产生?OH洎由基会与氟碳骨架反应使之分解，从而使质子膜变薄或者产生针孔在OCV和高温低湿的情况下，有利于自由基的大量产生因此本标准茬90度、OCV情况下加速产生自由基，考察质子交换膜的化学稳定性

3.4.  什么是膜电极极质子交换膜机械耐久性加速测试

什么是膜电极极运行过程Φ大电流下产生的水较多，质子交换膜吸水溶胀小电流或不运行时，质子膜失水收缩反复的溶胀/收缩时产生的机械应力会使质子膜破裂或产生针孔，从而使质子膜失效因此本标准采用干湿循环的工况，加速考察质子膜的的机械耐久性

什么是膜电极极的铂载量对输出性能有重要影响，是什么是膜电极极质检的重要参数传统的铂载量测量方法是破坏性的，而且溶解焙烧测试步骤多误差大本标准采用XRF（手持元素分析仪）进行无损原位测试，可以快速得到每片什么是膜电极极不同位置的铂载量结果精确到0.01mgPt/cm²,可满足质检要求。

本标准采用電化学阻抗谱仪可以快速测试出什么是膜电极极不同工况下的欧姆极化电阻。