在质子交换膜、MEA、气体扩散层、催化剂等材料开发及生产过程中,需要对其性能、耐久性和一致性进行测试评价,一般参考标准有GB/T20042.5-2009《质子交换膜燃料电池 第5部分:膜电极测试方法》、T/CAAMTB 12-2020《质子交换膜燃料电池膜电极测试方法》、美国DOE标准,C100燃料电池单池测试台能够提供满足相关标准规定的测试功能。
抗反极测试
燃料电池电堆内某一片或多片电极的燃料(氢气)或氧化剂(空气)供应不足时,容易出现阳极电极电势比阴极电势高的情况,即这些单片电池电压为负值,这就是燃料电池反极现象。在反极过程为了维持电荷平衡,阳极催化层中的其他化学物质会发生氧化反应,向阴极提供质子和电子,典型过程为水电解和碳腐蚀,最终单池电压可低至-2V左右。
反极过程会对催化剂碳载体产生不可逆的影响,一般可通过阳极催化层添加IrO2等氧析出催化剂等提高材料的抗反极能力,所以抗反极测试是催化剂等材料开发的必要过程。一般在测试设备的电子负载回路中串入电压源或采用功放类型负载实现Ⅰ和Ⅳ象限工作能力,C100可选配该类型的电子负载,同时通过强大的软件脚本编辑功能实现反极测试过程中的状态判读,及时停止反极过程。
EIS/CV/LSV等电化学测试
在材料开发测试过程中,通常电性能测试要结合多种电化学测试方法来实现更深入的综合分析。
(1)通过扫描电化学阻抗谱(EIS)实现活化极化、欧姆极化和传质极化对过电势的各自贡献程度
(2)采用循环伏安法(CV)测试燃料电池活性面积(ECSA),评估不同状态下催化活性面积差异
(3)采用线性扫描法(LSV)测试透氢电流密度
C100能够实现国内外主流电化学工作站的接口及协议集成,并通过插件方式实现客户已有电化学仪器的升级集成支持(电化学工作站开放通信协议且具有LAN/RS232等硬件接口)。在TestWell软件界面中能够手动完成常规的电化学测试的参数以及操作,实时显示测试曲线并以.CVS格式独立存储,高频阻抗等信息可以与其他核心测试结果同步存储。后续将陆续开放在脚本中对电化学工作站的操作,进而实现材料测试过程的高度自动化。
测试夹具
针对燃料单池测试需求,Kewell可提供燃料电池测试专用夹具,有多种膜电极面积5cm2、25cm2、50cm2选择。其极板流场采用经典的单流道蛇形流场,流体分布均匀。采用主动电加热方式实现对极板温度自动精确闭环控制。集流板表面镀金处理,并通过合理的公差和压缩量的控制,能够有效降低接触电阻等电子传输阻力。
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