质子交换膜燃料电池 第3部分: 质子交换膜测试方法 - 离子交换当量(E

GB/T 20042.3-2022 质子交换膜燃料电池 第3部分: 质子交换膜测试方法

范围
本文件描述了质子交换膜燃料电池用质子交换膜的厚度均匀性测试、质子传导率测试、离子交换当量测试、透气率测试、拉伸性能测试、溶胀率测试和吸水率测试。
本文件适用于各种类型的质子交换膜。

术语和定义
GB/T20042.1-2017 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
质子传导率 proton conductivity
膜传导质子的能力，是电阻率的倒数。
注1: 质子传导率是衡量膜的质子导通能力的一项电化学指标，它反映了质子在膜内迁移能力的大小。
注2: 质子传导率的单位为西门子每厘米(S/cm)。
离子交换当量 equivalent weight；EW
含有1mol质子的干态膜质量。
注1: 它与表示离子交换能力大小的离子交換容量IEC(Ion Exchange Capacity)成倒数关系，体现了质子交换膜内的酸浓度。
注2: 离子交换当量的单位为克每摩尔(g/mol)。
拉伸强度 tensile strength
在给定温度、湿度和拉伸速度下，在标准膜试样上施加拉伸力，试样断裂前所承受的拉伸力与试样的横截面面积的比值。
注1: 横向拉伸强度: 表示平行于膜卷轴向的膜的拉伸强度，用σ_TD表示。
注2: 纵向拉伸强度: 表示垂直于膜卷轴方向的膜的拉伸强度，以σ_MD表示。
弹性模量 modulus of elasticity in tension
质子交换膜中，应力应变曲线上初始直线部分的斜率。
注1: 横向拉伸弹性模量: 表示平行于膜卷轴向的膜的拉伸弹性模量，用E_TD表示。
注2: 纵向拉伸弹性模量: 表示垂直于膜卷轴方向膜的拉伸弹性模量，以E_MD表示。
注3: 推荐应力应变曲线上应变分别为ε₁=0.5%和ε₂=2.5%的两个点的斜率为弹性模量。
注4: 弹性模量用E表示，单位为兆帕(MPa)。
断裂拉伸应变 tensile strainat break
试样发生断裂时，原始标距单位长度的增量。
注1: 横向断裂拉伸应变: 表示平行于膜卷轴向的膜的断裂拉伸应变，用ε_TD表示。
注2: 纵向断裂拉伸应变: 表示垂直于膜卷轴方向膜的断裂拉伸应变，以ε_MD表示。
注3: 断裂拉伸应变用ε表示，单位为无量纲的比值或百分数(%)。
180°剥离强度 peeling forceat 180°angle
在剥离角 度为180°的剥离条件下，一定宽度测试样条以一定速度连续剥离时所需要的载荷。
注: 180°剥离强度的单位为牛每毫米(N/mm)。
气体透过率 gas permeation rate
在恒定温度和单位压力差下，稳定透过时，单位时间内透过试样单位面积的气体的体积。
注: 气体透过率用标准温度和压力下的体积值表示，单位为立方厘米每平方米天帕[cm³/(m²·d·Pa)]。气体透过系数 gas permeation coefficient
在恒定温度和单位压力差下，在稳定透过时，单位时间内透过试样单位厚度、单位面积的气体的体积。
注: 气体透过系数用标准温度和压力下的体积值表示，单位为立方厘米厘米每平方米秒帕[cm³·cm/(cm²·s·Pa)] 。
吸水率 water uptake
在给定温度下单位质量干膜的吸水量。
注: 吸水率以%表示。
溶胀率 swelling rate
在给定温度下相对于干膜在横向、纵向和厚度方向的尺寸变化。
注1: 横向、纵向和厚度方向的尺寸变化，分别记为TD、MD和Z轴。
注2: 溶胀率以%表示。

离子交换当量(EW)测试
注: 详细的测试准备内容见附录A；测试报告的内容见附录B。
仪器与设备
分析天平: 分度值不低于为0.1mg。
自动电位滴定仪: pH值精度不低于0.1。
样品准备
取质量不低于0.5g的样品，剪碎后将其置于真空烘箱内，在压力为不高于20kPa的真空、温度为 80°C条件下，真空干燥8h，移至干燥器中冷却至室温后，快速称量(30s内完成)，至恒重，前后两次称量之差小于0.2mg。
测试方法
从烘箱中取出后，移至干燥器中冷却至室温后，迅速用分析天平称量干膜的质量m。
将样品放入密封的、装有饱和氯化钠溶液的试剂瓶中搅拌24h。
用NaOH标准溶液利用自动电位滴定仪滴定至中性，记录消耗的NaOH溶液的体积V_NaOH。
数据处理
根据公式(5)计算出膜的EW值:

式中:
EW ——膜的离子交换当量，单位为克每摩尔(g/mol)；
m ——干质子交换膜的质量，单位为克(g)；
V_NaOH ——NaOH溶液的体积，单位为升(L)；
C_NaOH ———NaOH标准溶液的摩尔浓度，单位为摩尔每升(mol/L)。
注: 取3个样品为一组，计算出平均值作为试验结果。


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