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摘要：質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種采用可傳導離子的聚合膜作為電解質的燃料電池，因此也被稱作聚合物電解質燃料電池（PEFC）、同體聚合物燃料電池（SPFC）或固體聚合物電解質燃料電池（SPEFC）。PEMFC因其高效、環保的特性，在新能源汽車、固定式電站等領域具有十分廣闊的應用前景。而質子交換膜作為PEMFC的核心部件，其性能優劣直接關系到燃料電池的整體性能和效率，因此，研發企業及單位對其相關性能指標給予了重點關注。
關鍵詞：質子交換膜燃料電池、質子交換膜、阻隔性能、氣體透過率、氫氣透過、厚度、透氣率、剝離強度、斷裂伸長率、拉伸強度、智能電子拉力試驗機、測厚儀、壓差法氣體滲透儀
測試意義
質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）是一種采用可傳導離子的聚合膜作為電解質的燃料電池，因此也被稱作聚合物電解質燃料電池（PEFC）、同體聚合物燃料電池（SPFC）或固體聚合物電解質燃料電池（SPEFC）。PEMFC具有高效的能量轉換率，通常可以達到90%，遠高于傳統內燃機的能量轉換效率。PEMFC因其高效、環保的特性，在新能源汽車、固定式電站等領域具有廣闊的應用前景。然而，其制造成本和耐久性問題仍是制約其大規模商業化的主要因素。未來，隨著技術的不斷進步和成本的降低，PEMFC有望成為一種重要的清潔能源解決方案。
而質子交換膜作為PEMFC產品的核心部件，不僅具有阻隔作用，還具有傳導質子的功能，其性能優劣直接關系到燃料電池的整體性能和效率。因此，研發企業及單位對其相關性能指標給予了重點關注。
相關行業標準
目前，國內針對“質子交換膜燃料電池"產品關鍵組件的質量檢測出臺了多項行業標準，例如《GBT 20042.3-2022 質子交換膜燃料電池 第3部分：質子交換膜測試方法》、《GBT 20042.7-2014 質子交換膜燃料電池 第7部分：炭紙特性測試方法》、《GB/T 20042.5-2009質子交換膜燃料電池 第5部分：膜電極測試方法》等等。
本文將主要圍繞核心組件“質子交換膜"，以GBT 20042.3-2022標準為例，為行業客戶提供相應的檢測服務與儀器解決方案。
一、質子交換膜氣體透過率（透氣率/氫氣透過率）
質子交換膜作為PEMFC的核心部件之一，它能夠將陰極和陽極分隔開，阻止燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣）直接混合發生化學反應。該作用可以用氣體透過率來評價，氣體透過率越高，則膜的氣體阻隔性能越差，氫氣和氧氣接觸越多，就會使得電池兩極電勢差越低，電池的開路電壓也就越低。所以，質子交換膜材料的氣體透過率指標也就十分重要，是企業需要重點監控的性能之一。
Labthink自主研發生產的VAC-V2壓差法氣體滲透儀，是一款專業用于薄膜試樣的氣體透過率測試儀，儀器采用壓差法測試原理，符合并滿足GB/T 20042.3-2022《質子交換膜燃料電池 第3部分：質子交換膜測試方法》標準中對質子交換膜的“氣體透過率"和“氣體透過系數"指標的測試要求，可專業用于檢測質子交換膜的氣體透過性能，通過個性化定制，可滿足客戶對材料進行易燃易爆氣體如氫氣的透過率測試。
二、 拉伸強度與斷裂拉伸應變、180°剝離強度測試
質子交換膜力學強度指標的好壞直接關系到材料本身耐機械損傷的能力，從而影響其機械穩定性以及燃料電池堆的使用壽命。標準GBT 20042.3-2022對“拉伸強度"、“斷裂拉伸應變"、“彈性模量"、“180°剝離強度"指標檢測有明確的要求。
針對質子交換膜的力學強度檢測，推薦使用Labthink蘭光研發生產的C610M智能電子拉力試驗機完成試驗。該儀器是一款專業用于測試各種軟質材料拉伸性能等力學特性的電子拉力試驗機，配置優于0.5級的高精度力值傳感器，一臺試驗機集成拉伸、剝離、撕裂、熱封、定伸抗拉、下壓等專業獨立的測試程序，為用戶提供多種試驗項目選擇，能夠滿足多種測試需求。結合標準測試要求，C610M拉力試驗機一臺設備就可以完成質子交換膜的拉伸高度、斷裂拉伸、180°剝離強度檢測，同時，配置專業穿刺力測試夾具，可進行膜材的抗穿刺性能測試。一機多用，超(分隔)高性價比。
三、 厚度測試
質子交換膜厚度與燃料電池安全性和性能密切相關，這是因為質子交換膜的質子傳導阻力是燃料電池輸出壓降的主要組成之一，厚度大則表示傳導阻力大性能低，厚度小則容易壓傷刺穿；另一方面質子交換膜中的結合水從陰極側反向擴散到陽極側是由兩側之間的含水量梯度驅動的，厚度小則含水量梯度大，反向擴散強，從而允許更多的結合水電遷移，提高活性面積內的電流密度。由此可見，企業對質子交換膜厚度參數的確定與監控尤為重要。
質子交換膜的厚度均勻性測試，推薦使用Labthink蘭光C640測厚儀進行測量。C640是一款高精度、高重復性的機械接觸式精密測厚儀，專業適用于量程范圍內的薄膜、薄片、紙張、瓦楞紙板、紡織材料、非織造布、固體絕緣材料等各種材料的厚度精密測量。儀器搭載了Labthink新一代版控制分析軟件，操作友好、數據處理智能；同時支持Labthink特(分隔)有的DataShield數據盾系統（可選配置），為用戶提供極為安全可靠的測試數據和測試報告管理功能。
結論
近年來，新能源燃料電池行業的發展持續加速，燃料電池電堆及系統正向大功率快速迭代升級，技術水平也隨之快速提高。產業的蓬勃發展，更進一步促進了行業的規范化、細節化、具體化，關注燃料電池控制技術的研究與把控。在研發過程中，科研人員會通過優化材料選擇、改進制備工藝、調整膜結構等方法來提升質子交換膜的性能。除上述主要性能指標外，質子交換膜的水分傳導率、溶脹度、電滲系數等也是研發企業及單位關注的重點。
