质子交换膜气体渗透检测方法

摘要：质子交换膜或聚合物电解质膜(PEM)是一种半透膜，通常由离聚物制成并设计用于传导质子，同时充当电子绝缘体和反应物屏障，例如氧气和氢气。这是它们在结合到质子交换膜燃料电池或质子交换膜电解器的膜电极组件(MEA)中时的基本功能：分离反应物和传输质子，同时阻断通过膜的直接电子通路。质子交换膜可以由纯聚合物膜或复合膜制成，其中其他材料嵌入聚合物基质中质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，对电池性能起着关键作用。质子交换膜的主要应用是质子交换膜燃料电池。

关键词：质子交换膜、燃料电池、气体渗透、气体透过率

质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取代动力源.用作PEM的材料应该满足以下条件：

（1） 良好的质子电导率；

（2） 水分子在膜中的电渗透作用小；

（3）气体在膜中的渗透性尽可能小；

（4）电化学稳定性好；

（5）干湿转换性能好；

（6）具有一定的机械强度；

（7）可加工性好、价格适当。

气体透过率测试：在恒定温度和单位压力差下,稳定透过时,单位时间内透过质子交换膜试样单位面积的气体的体积。

气体透过系数：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。

气体阻隔就是指燃料电池质子交换膜透气率测试，可采用SYSTESTER思克GTR-722压差法气体渗透仪，适用于燃料电池质子交换膜、各种塑料薄膜、复合膜、分离膜、橡胶、聚合物材料等产品在各种温度条件下气体透过率、扩散系数、溶解度系数、渗透系数的测定。采用真空压差法测试原理，同时满足三腔独立测试。

测试方法

（1）将压差法气体渗透仪的高压室和低压室分离，把真空油脂均匀涂抹在低压室试验台测试标志线之外的区域。

（2）将按照要求裁切好的中速定性滤纸放置于低压室试验台中央上方。

（3）将准备好的质子交换膜样品分别平整贴附于涂有油脂的低压室试验台上,确保样品与油脂接触区域无气泡产生。

（4）将高压室与低压室紧密闭合,开启水浴循环,温度控制装置设定温度为23℃。

（5）开启气体渗透仪电源开关，打开仪器计算机操作软件，运行安全气体(氮气或其他惰性气体)置换过程，时间不低于600s。

（6）安全气体置换结束后，切换阀门，通入高纯氢气，同时开启真空泵,高压室和低压室同时抽空脱气至10Pa以下。

（7）关闭隔断阀,打开试验气瓶和气源开关向高压室充试验气体高压室的气体压力应在1.0x10Pa~1.1x105Pa范围内。压力过高时,应开启隔断阀排出。

（8）脱气结束后,仪器自动关闭高、低压室排气阀，开始透气试验。

（9）剔除试验开始的非线性渗透阶段，记录低压室的压力变化值AP和试验时间t。

（10）继续试验直到在相同的时间间隔内的低压室压力变化保持恒定，达到稳定透过。至少取3个连续时间间隔的压差值,求其算数平均值,以此计算该试样的气体透过率及气体透过系数。

技术指标

测试范围：0.01~170,000 cm3/m2·24h·0.1MPa（标准配置）

分 辨 率：0.001 cm3/m2·24h·0.1MPa

试样件数：3 件，各自独立

真空分辨率：0.1 Pa

控温范围：5℃~95℃（循环介质控温）

控温精度：±0.1℃

控湿范围：0%RH，2%RH~98.5%RH，100%RH（湿度发生装置另购）

控湿精度：±1%RH

试样厚度：≤3mm

试样尺寸：≥150 mm × 94mm或圆形试样

试样面积：48cm2

试验气体：氧气、氮气、二氧化碳、空气、氦气等气体（气源用户自备）

试验压力：-0.1 MPa~+0.1 MPa（标准）

结论：SYSTESTER思克GTR-722压差法气体渗透仪多种试验模式可选择，可满足各种标准、非标试验；高精度测试，数据准确。标准配置：主机、计算机、专业软件、数据扩展卡、通信电缆、氧气精密减压阀、取样器、取样刀、真空密封脂、真空泵、快速定量滤纸可选购：恒温控制器、湿度发生装置、标准膜、真空脂、快速定量滤纸、取样刀、DSM实验室数据管理系统。