1、 -ICS 29.220.01 K 82 道菌中华人民共和国国家标准GB/T 28817-2012月EC/TS62282平1:2010聚合物电解质燃料电池单电池测试方法Sngle ceH test methods for polymer electrolyte fuel ceH CPEFC) (lEC/TS 62282千1:2010 Fuel cell technologies-Part 7-1: Single cell test methods for polymer electrolyte fuel cell CPEFC) , IDT) 2012-11-05发布2013-02-01实施m
2、叩气/中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局也士中国国家标准化管理委员会战叩. GB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 ;2010 目次前言.皿1 范围.2 规范性引用文件-3 术语和定义4 通用安全要求.3 5 电池组成.4 6 电池组装.5 7 测试平台.6 8 测量79 气体组成.10 试验准备11 性能试验.12 试验报告.18 附录A(资料性附录流场板.20 附录B(资料性附录电池部件定位.22 附录C(资料性附录)漏气试验.23 附录D(资料性附录)初始活化.24 附录E(资料性附录关机.25 附录F(资料性附录再活化.26 附录G(资料性附录)I-V特性试验
3、.27 附录H(资料性附录启动/关机循环试验.29 附录1(资料性附录)加载循环试验30附录J(资料性附录)试验报告.32 参考文献.37 I GB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-112010 前言本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准等同采用IEC/TS62282-7-1 :2010(燃料电池技术第7-1部分z聚合物电解质燃料电池单电池测试方法。本标准在技术上与IEC/TS62282-7-1 :2010一致，仅做了下列编辑性修改:一一删除了国际标准的前言和引言，增加国家标准的前言p一本标准规范性引用文件中的引用标准，凡是有与IEC(或ISO)对应国家
4、标准的均用国家标准代替。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国燃料电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。本标准起草单位z中科院大连化学物理研究所、机械工业北京电工技术经济研究所、上海神力科技有限公司、北京清能华通科技发展有限公司、上海汽车集团股份有限公司新能源汽车事业部、武汉理工大学、新源动力股份有限公司、清华大学、同济大学、上海攀业氢能源科技有限公司、武汉银泰科技燃料电池有限公司、深圳市标准技术研究院。本标准起草人:俞红梅、张若谷、张禾、李晶晶、赵景辉、潘牧、燕希强、裴普戚、侯永平、董辉、齐志刚、王益群、卢琛链。E / _- - / _/ 已 /气二少/ / / / / / /
5、 / / / / / 川川川仆/fju / -、:-飞- / 二GB/T 28817-2012月EC/TS62282-川:2010聚合物电解质燃料电池单电池测试方法1 范围本标准规定了电池的组装、试验装置、测量仪器和测量方法、性能试验方法以及聚合物电解质燃料电池单电池的试验报告等。本标准适用于以下三项的评估za) 聚合物电解质燃料电池膜电极组件的性能Fb) 聚合物电解质燃料电池其他组件的材料或结构zc) 燃料和空气中杂质对电池性能的影响。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单
6、适用于本文件。GB/T 28816-2012燃料电池术语CIEC/TS62282-1: 2010 , IDT) ISO/TS 14687-2:2008氢燃料产品规范第2部分z道路车辆用质子交换膜(PEM)燃料电池的应用(Hydrogenfuel-Product specification-Part 2: Proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications for road vehicles) 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 阳极anode 燃料发生氧化反应的电极，反应过程中电子从燃料分子中脱出进入外电路，同时生成的质子
7、(H+)向聚合物电解质传递。3.2 催化剂catalyst 能够加速增加速率)某个反应而自身不被消耗的物质。催化剂降低反应的活化能，使得反应速度增加。这里也指IEC/TS62282-1中定义的电催化剂，3.3 催化剂涂覆膜catalyst-coated membrane; CCM 用于描述PEFC中膜的术语，是表面涂覆了一层催化剂的膜，构成电极的反应区域。3.4 阴极cathode 氧化剂发生还原反应的电极，氧化剂接受外电路传来的电子，并与来自聚合物电解质的质子(H+)结合生成还原产物(水) 1 GB/T 28817-2012/mc.月s62282平1:20103.5 夹固板(或压板)clam
8、ping plate (or pressure plate) 用于将电池各部分压紧在一起，起到导电和密封作用。3.6 集流板current collector 由金属、石墨或者复合材料构成的导电材料，用于收集电子。3. 7 电极electrode 是氧化或者还原反应发生的反应层，具有电子却离子导电性。3.8 燃料fuel/ / / / i 时何时在一 、i飞 , 燃料电地 / / 将燃料和氧化剂的化学能转换油能(邮电的电化学装置。燃料和氧化剂通常相错在燃料电池内，而是随着反应物的消耗逐渐通入燃料电池内，/ /、11111l i 气体扩制电极 gas diffu$ion electrode; G
9、lE 位于阳时阴叫，包含电极的全部电子导电部分3. 12 、飞气气体扩散居这部di的ionlayer; GDL 位于电极和流场被迄间其有气散通道并移除反应产物。、七密封件g臼ket 毛丁子飞二阻止反应气体从电池中泄漏的密封部件。 / ( 板，它的表面有流道供流场板flow plate 由金属、石墨材料面燃料或者氧化剂气3.9 号珉物(可能是碳填充的复合材料)岛电极有直接的电接触。3. 14 极限电流密度limiting current density 电池的电压急剧下降至接近零时的电流密度。3. 15 最大电流密度maximum current density 制造商规定的允许短时间运行的最高
10、电流密度。3. 16 醋电极组件membrane electrode assembly; MEA 由电解质膜和阴阳极两侧的气体扩散电极组成的燃料电池组件。2 3. 17 3. 18 3. 19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 最小电压minimum cell voltage 制造商规定的最低电池电压。开路电压open circuit voltage; OCV 电池在运行电流密度为零时的电压。氯化剂。xidantGB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 :2010 氧气或者含有氧气的气体(如空气)，在阴极发生
11、反应。聚合物电解质polymer electrolyte 具有质子传导能力的聚合树脂膜，其中电流的流动由质子从阳极向阴极的移动完成。聚合物电解质燃料电池polymer electrolyte fuel cell; PEFC 以聚合物电解质膜为电解质的燃料电池，又称为质子交换膜燃料电池(PEMFC)。功率power 功率为稳态下电压与电流的乘积(p=vxn。功率密度power density 功率密度为稳态下电池电压与电流密度的乘坝。额定电流密度rated current density 由制造商规定的膜电极组件或单电池持续工作时的最大电流密度。额定功率密度rated power density
12、 由制造商规定的膜电极组件或单电池持续工作时的最大功率密度。额定电压rated voltage 由制造商规定的膜电极组件或单电池持续工作时的最小电池电压。单电池single cell 指由一个阳极流场板、一个膜电极组件、一个阴极流场板和密封垫圈组成的电池。单电池试验single cell t四t基于单电池的燃料电池性能试验。化学计量比stoichiometry 供应给电池的燃料气体氧化剂与根据电流计算的化学反应需要量的摩尔比率。4 通用安全要求通常情况下，运行中的燃料电池使用氧化性和还原性气体，这些气体存储在高压容器中。燃料电池自身可以加压或常压下运行。3 GB/T 28817-2012/IE
13、C/TS 62282-7-1 :2010 进行单电池试验的人员应进行操作培训，并有操作单电池试验系统的经验，并应熟知安全操作规程(包括电器设备操作、化学反应、压缩气体)。安全操作一台单电池测试平台需要适当的技术培训和经验，以及安全设施和设备，上述内容都不在本技术规范的范围内。5 电池组成5. 1 概述聚合物电解质燃料电池的单电池应包含以下全部或部分组件za) 一片膜电极组件zb) 密封件zc) 一块阳极侧的流场板和一块阴极侧的流场板zd) 一块阳极侧的集流板和一块阴极侧的集流板Fe) 一块阳极侧的夹固板和一块阴极侧的夹固板zf) 电绝缘薄板sg) 紧固件，可能包括螺栓、弹簧和垫圈等zh) 温度
14、控制装置Fi) 其他辅助部件。5.2 膜电极组件(MEA)尺寸电极面积应足够大以满足参数测量要求。虽然较大的燃料电池采用较大面积的电极可能会得到与实际应用更相关的数据，但仍建议电极面积在25cm2左右。电极的有效面积应当说明，应为两个电极中活性面积较小的一个。在电极面积测量方面的近似不确定度也应说明。5.3 气体扩散层(GDL)气体扩散层应该由具有高气体扩散性、导电性、抗腐蚀性材料制成。5.4 密封件密封件材料应当与电池反应气体、各组件和反应产物以及运行温度相匹配，应能阻止气体的泄漏。5.5 流场板流场板应由具有可忽略的气体渗透性、高导电性的材料制成。推荐使用树脂浸溃、高密度合成石墨、聚合物/
15、碳复合材料，或者耐腐蚀的金属材料，如铁或不锈钢。如果使用金属材料，其表面应有涂层或镀层(如涂/镀金层以减少接触电阻。流场板应当抗腐蚀，有合适的密封。建议使用蛇形流场，设计建议的详细信息见附件A。流场的结构应在试验报告中给出。用于试验的流场板应允许进行电池运行温度的精确测量。例如，流场极的一个面的边缘可能会有一个用于安置温度传感器的孔，此时孔的深度应能达到流场板的中心。注z如果试验的目的是评价某种特定的流道布局，则不必使用建议的流场板布局。5.6 集流板集流板应由具有高电导率的材料(如金属制成。金属集流板可以在表面涂覆/镀上降低接触电阻的材料，如金或银z但要注意选择涂层材料，该涂层材料应与电池的
16、组件、反应气体和产物相容。4 集流板应有足够的厚度以减小电压降，同时应有用于导线连接的输出端。如果金属流场板同时是集流板，则不再需要单独的集流板。GB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 :2010 5.7 端板夹固板(或端板应为平板且表面光滑，应具有足够的机械强度以承受螺栓紧固时产生的弯曲压力。如果夹固板具有导电性，应将其与集流板隔绝以防止发生短路。5.8 紧固件紧固件应具有高的机械强度，以承受电池组装和运行时产生的压力。可以使用垫片和弹簧保持作用在单电池上的压力恒定均句。应使用扭力扳手或其他测量仪器确定电池上的压力的精确。建议使用电绝缘的紧固件。5.9 温控装置为了使单
17、电池保持恒温且沿流场板和通过电池方向温度分布均匀，应提供温控装置(加热或冷却)。温控装置的设计可遵循一定的温度曲线图。温控装置应能防止过热。可以有多种方式来达到以上要求。一种简单的方式是对流冷却和电加热夹固板(端板)。而这种加热可以通过在极板外表面连接一个表面电阻加热器来达到。另外一种替代方式是在极板上打孔，插入一个筒形加热器。在上述情况下，应注意保持电绝缘。6 电池组装6. 1 装配程序电池组装程序对电池数据的可重复性有很大的影响。下列组装操作中的一些特定过程应以文件记录下来za) 质子交换膜放置定位，包括阳极侧和阴极侧确认。b) 气体扩散层放置定位，包括阳极和阴极用气体扩散层确认，也包括气
18、体扩散层面向质子交换膜和流场确认。c) 密封件/密封的安装。d) 固定装置或装配夹具的定位(如果有的话)。e) 加压规程，例如，扩散介质压缩值，螺栓紧固次序，压缩弹簧，以及最终的扭距规定。注2压强可以通过压敏纸或膜来核查.典型的电池部件定位见附录B。装配后，应检查夹固板和集流板之间的绝缘性。6.2 电池方位和气体连接电池工作时应处于合适的方位以利于产物水的排除。电池方位应记录下来。有许多流场可用，应记录所用流场。流场举例见附录A。6.3 漏气检查隔膜两侧的压差是最关键的。不应该超过制造商规定的最大压差。电池的外部和内部泄漏应极少。漏气检查规程举例见附录C。原则上，漏气检查程序包括在阳极和阴极侧
19、注入一种惰性气体或检测气体，利用合适的压差，就可确定漏气的性质和方向。应记录最大压差、检测气体性质、漏气速率。如果发现漏气，应进行其他的测试，如鼓泡试验，来进一步描述漏气的类型和性质。5 G/T 28817-2012月EC月62282-7-1:2010 7 测试平台7. 1 必要设备单电池试验需要一个燃料电池测试平台，设备至少能满足以下试验参数的单电池试验过程za) 反应气体流量的调节一一测量燃料电池在所要求的化学计量比下的燃料和氧化剂气体的流率。b) 反应气体增湿的控制一一在气体输送给燃料电池前增湿反应气体到所需的露点。推荐增湿水的电阻系数至少为1M.a. cm(或者电导率最大为10-8S.
20、 m-勺。注z增湿器与电池之间的气体传输管线应该被加热，至少在露点温度以上5C10 C，以使得冷凝最小化.这段管线应隔热，使得热损失最小化.c) 反应气体压强的控制一一调节燃料电池内反应气体压强。d) 负载控制一一一加载以从电池得到规定的电流。负载控制应既能以恒电流模式又能以恒压模式运行。e) 电池加热或冷却的控制一一加热或冷却单电池达到所需运行温度。f) 电池电压监控和数据采集设备在试验过程中测量和记录电池电压。g) 测试台控制一一测试台必须能够控制以上参数。h) 安全系统一一安全系统应该能够在出错情况下自动(或带有音响报警的手工操作停止试验。建议对阳极和阴极管路有氮气吹扫能力。也建议对高/
21、低电池电压、压强和温度以及气体泄漏有联动触发装置，同时应具备合适的通风设备。7.2 示意图6 图1为控制燃料电池试验的测试平台所需的主要子系统框架示意图。| 问一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一-一一一一一一一一一-一一一i-忐阳极气体培湿管燃料电池湿度控制固1单电池试验的测试平台示意图GB/1 28817-20 12/IEC/TS 62282号-1:2010与增湿气体或增湿器中的水所接触的所有组件的材料应该和气体或水相容，以防止材料中的杂质被萃取出。这些材料有不锈钢和氟塑料等。气体增湿系统应被设计成能避免从进入电池之前的试验气体中清除掉试验气体杂质。注z杂质可参照ISO/
22、TS14687-2:2008. 若不进行杂质气体试验，鼓泡增湿器可以用来为燃料增湿。若能满足本标准规定的功能要求，配置可以改变。7.3 测试台控制允许的最大误差(输入试验燃料电池测试台控制的允许的最大误差推荐值为zd 电流控制为预设值士1%;b) 电压控制为预设值士1%;c) 电池温度控制为预设值(稳态数值士1C; d) 增湿露点控制为预设值(稳态数值士2C; e) 流量控制为预设值士5%;f) 压力控制为预设值士3%。8 测量8. 1 仪器精度测试中(试验输出测量值的最大不确定值应为zd 电流最大预期值的士1%;b) 电压最大预期值的士0.5%;c)温度士1C; d)露点士2C; e) 流量
23、最大预期值的士2%;f) 压力最大预期值的士3%。注2低电流、电压和流量时，测量值的不确定度会非常大.8.2 测量仪器和测量方法8.2. 1 摄述应按照测量值范围选择测量仪器。测量仪器应该定期校准，以保持10.1中所描述的精度水平。所有测试设备必须按可追溯的标准校正。8.2.2 电压电压表应该和阳极与阴极的流场板或集流板相连，使接触电阻最小。如果电压表和阳极、阴极流场板之间，或/和阳极、阴极集流器输出末端间的接触电阻不可忽略，则应该测量并记录该接触电阻。8.2.3 电流电流测量装置应该连接在电池传输电流的线路上。电流测量装置可以包括低阻抗的电流表或校准过的分流电阻器，其可用已知的精确电压对应流
24、过的电流。电流也可以通过电子负载来测量。8.2.4 内阻推荐的内阻测量方法为电流中断法和电化学阻抗谱法。也可以用交流电毫姆表的交流阻抗法。尽7 G/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 :2010 管毫姆表的典型频率为1kHz，仍应记录测量频率值。这些测量设备的正、负端应该分别和阴极和阳极集流器的输出末端相连。8.2.5 燃料和氧化剂流量应用体积流量表、质量流量表或涡轮型流量表来测量燃料和氧化剂的流量。如果以上方法不适用的话，可以使用喷嘴流量表、小孔流量表或文丘里流量计。流量计的位置应该在增湿器上游。如果流量计需要压力补偿，应该用紧靠流量计的上游的一个静压测量孔进行校正。8.
25、2.6 燃料和氧化剂温度推荐使用热电偶、带传感器或热敏电阻的电阻瘟度诗作为直接温度测量的传感器。温度传感器应该安置在紧靠铀池的下游a建议另一传感器安置手紧靠单电池的上游。二、如果燃料和/或氧化剂流军计霞军度补偿，校准传感器应安事在紧靠部量计的上游。8.2.7电池温度矿/于/、带传感器或热敏电阻的电阻温度计作为直接温度测量为了测量燃料和氧化趣的湿庭主根据燃料和氧化剂温度，可以采崩玲镜、氧化铝、固体聚合物电阻或电容类的湿度计来测量湿度湿度应该标明露点温度。-之飞、试验开始前，湿度测量孔应位于单电池上游，或将湿度传感器置于反应气体中。如果采用空气或合成气体作为氧化剂，应测量并记录露点。8.2. 10
26、 环境条件应测量和记录环境温度、压强和湿度。直接测量环境温度，推荐使用带有变送器的热电偶或者带有变送器的电阻温度计。直接测量环境压强，推荐使用水银气压计。直接测量环境湿度，推荐使用湿度计。8.3 度量单位表1为测量参数及计量单位。8 GB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 ,2010 表1测量参鼓及计量单位参数单位温度 燃料和氧化剂压强kPac 燃料和氧化剂露点 燃料和氧化剂流量(NTP)cm3 min-1 , cm3 S-1 燃料和氧化剂化学计量比电流A 电流密度A. cm-2 电压V 输出功率w 功率密度W. cm-2 电池比面积阻抗。.cm2 燃料组成b(moD m
27、o-l 氧化剂组成b(moD mo-l NTP:常温常压:0c和101.325 kPa(绝对压强除非有特殊说明，流量均为NTP情况下的值。b杂质可表示为(moDmo-lo c如果可以的话，国际标准组织ISO推荐使用绝对压强(kPa)。如果使用表压强，应该说明且记为kPa(G)。9 气体组成9. 1 燃料组成9. 1. 1 氢气氢气纯度应为0.9999 mol/mol或更高，氢气中杂质的详情请见ISO/TS14687-2，2008。9. 1. 2 重整气模拟重整气可由电池或部件制造商规定。重整气的纯度及组成应由化学分析来确定。应记录化学分析的结果。9.2 氧化剂组成若以空气用作氧化剂，既可用大气
28、中的空气又可用合成的空气。在使用大气空气的情况下，空气中应没有油和颗粒的存在。应记录氧化剂的组成，包括杂质的浓度。10 试验准备10. 1 标准试验条件试验开始前应由电池或部件制造商规定以下的标准试验条件。如果没有规定，将根据实施的试验确定条件，这些试验条件应记录。9 a) 电池温度推荐使用阴极流场中心的温度hb) 燃料运行压强(代表值z紧靠电池的上游取值); c) 氧化剂运行压强(代表值z紧靠电池的上游取值); d) 燃料电池工作温度下的燃料湿度(代表值=紧靠电池的上游取值); e) 燃料电池工作温度下的氧化剂湿度(代表值z紧靠电池的上游取值); f) 燃料组成zg) 氧化剂组成Eh) 燃料
29、化学计量比;i) 氧化剂化学计量比zj) 额定电流密度;k) 额定电压31) 最大电流密度zm)最小电池电压。性能测试应该在括惟试图2所示zGB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 :2010 典型的试验流程如/一/ / /少自件下进行，除非有个别试验方法的另行l-V测试2黯化稳匈测试 圄程、就验试的/型，典即酒气检查/ 次试验Lim二条件均牛删去j/ l jjifLX/j 测量频率推荐使用的数据10.2 10.3 ./ 整个I-V曲线应测量三次，每个电流密度下计算电压平均磕(10.4 测量值的最大允许误差10.5 除长期运行试验外，试验输入和输出参数的三次或更多次测量值应
30、在其平均值士5%范围内。试验样晶鼓量既可以对单个样品依次测试也可以对多个样品同时测试。可重复性及可再现性规定仅限于I-V曲线。测量应连续进行。测量之间燃料电池应关机，从常温启动条件下再活化。10.6 惰性气体或测试气体避行气路漏气检查所有用于气路漏气检查的材料均应和气体管路和电池组件相匹配。单电池在电池测试台安装完成后，用惰性或测试气体进行漏气检查，在所有连接处用液体检漏。10.7 GB/T 28817-2012月EC/TS62282-7-1 :2010 10.8 初始活化和稳态检查新组装的电池应进行初始活化。初始活化的目的是使电池性能进入稳态，以便进行接下来的试验。初始活化的实施应za) 与
31、MEA或部件制造商说明相一致zb) 或与试验对象制造商的提议相一致Fc) 或与试验机构的惯例相一致。典型的初始活化过程见附录D。10.9 关机关机过程应使得电池进入储存状态(冷态)。关机程序的目的一般是将电池冷却到室握，同时避免在室温下电池中存有液态水。关机过程应与MEA或部件制造商说明书相一致。一种典型的关机过程见附录E.10. 10 再活化为保证MEA充分润湿，电池关机后重启应实施再活化过程。再活化应依据MEA制造商或部件制造商的使用说明书进行。典型的再活化过程见附录F。11 性能试验11. 1 稳态试验11.1. 1 概述本试验的目的是为了测试标准状态下电池的输出电压(或电流)和输出功率
32、。11.1. 2 试验方法有两种类似的方法进行该试验za) 把所有的输入参数定为设定值。设定电流为额定电流密度(I.，)并保持不变，直到电池电压稳定在士5mV以内保持15min.记录电池电压值(V.，)从试验结果计算出在标准试验状态下的输出功率(p.，)。b) 把所有的输入参数定为设定值。设定电压为设定值(V.，)并保持不变，直到电池电流稳定在士2%以内保持15min。记录电池电流值(I.，)。从试验结果计算出在标准试验状态下的输出功率(p.，)。11. 2 l-V特性测试11. 2. 1 恒定气体流量的I-V特性测试11. 2. 1. 1 概述本试验的目的是确定电池电压(和功率密度在恒定气体
33、流量下随电流密度的变化而发生的变化。11.2. 1. 2 试验方法按电池生产商规定的最大电流密度(1max)下的标准化学计量比设定燃料和氧化剂的流量。设定并GB/T 28817-2012/IEC月62282-7-1:2010 保持该电流(Im.)，电池电压稳定在士5mV之间保持15min。保持燃料和氧化剂流量不变，电流在0到Imax之间以合适的间隔变化以获得电池的1-V曲线。对每个电流密度值，电压稳定在士5mV之间至少保持5min.应精确记录试验步骤。典型的电流密度增量见附录G。本试验也可以允许电流稳定在士2%之间至少保持5min，通过改变电压从开路电压到最小电压。由于在电流由0到1mu范围时
34、燃料和氧化剂的流量保持恒定，二者的化学计量比将随电流变化而改变。虽然这和燃料电池的实际运行条件可能不相同，即使在恒定流量下电流变化，电池的其他参数如温度、压力、湿度是保持稳定的。11. 2. 2 恒定气体化学计量比下的I-V特性11.2.2. 1 摄述本试验目的是确定气体化学计量比恒定条件下随电流密度改变的电池电压(和功率密度的变化。11. 2. 2. 2 试验方法设定燃料和氧化剂的流量相当于电池生产商规定的最大电流密度。max)下的标准化学计量比。设定并保持该电流(1max)，电池电压稳定在士5mV之间保持15min。燃料和氧化剂化学计量比在每个电流状况下保持不变，电流在0到1max之间以合
35、适的间隔变化以获得电池的1-V曲线。对每个电流密度值，电压稳定在士5mV之间至少保持5min.应精确记录试验步骤。典型的电流密度增量见附录G.注s本试验也可以允许电流稳定在土2%之间至少保持5min，通过改变电压从开路电压到最小电压。由于在电流由0到1m.范围时燃料和氧化剂的化学计量比保持恒定，二者的流量将随电流变化而自然改变。这和燃料电池的实际运行条件比较接近。但由于在每个电流下气体流量不同，局部的热平衡和水平衡随电流变化而改变。每次电流改变时就需要较多的时间去达到新的稳态。特别是在较低的电流值(包括0)，因低的气体流量会导致电压不稳。对于电池制造商规定的最低电流1min，制造商通常规定一个
36、恒定的最低流量以避免这种电压不稳定的状态。如果没有规定，最低电流1min可设定为电流最大值1max的10%。11.3 IR.测量11. 3. 1 慨述本试验的目的是测定不同电流密度下电池的电阻。8.2.4中描述的测量技术可以用来进行IR测量。如果IR测量和1-V特性同时进行，IR测量不应影响电池的稳定状态。如果IR测量会干扰电池的稳定，先记录电压、电流密度值，再进行IR测量。1-V特性根据11.2. 1或11.2. 2进行测量。11. 3. 2 试验方法把IR测量设备连接到电池上。记录下设备读数的同时，电流在0到1max之间以合适的间隔变化以获得电池的I-V曲线。比面积电阻(ASR)O cmz
37、，通过如下的等式得到:ASR/(O.cmZ) =电阻/OX电极面现/cmZ。注2可以在以下的所有试验过程中实施本测试方法.11.4 极限电流测试11. 4. 1 概述本试验的目的是评价电池中MEA的传质极限。GB/T 28817-2012/IEC/四62282-7-1:2010 11. 4. 1. 1 试验方法根据电池制造商规定的额定电流密度i目下标准化学计量比设定燃料和氧化剂的流量。保持燃料和氧化剂化学计量比恒定，小幅度逐步增加电流(即逐步增加燃料和氧化剂流量)，记录每一步电池电压。当电压迅速地降低到接近于ov时(但不为0)，记录下电流值，并迅速减小电流以免损害MEAo把电压值外推至ov时的
38、电流作为极限电流。采用本方法，应谨慎操作以避免电压降到ov或以下，可能对MEA造成不可逆的损害。同时必须采用能够承受极限电流的电线。11. 5 扩散增益试验11. 5. 1 氢气扩散增益测试11. 5. 1. 1 慨述本试验的目的是评价阳极的扩散性能。通过氢气扩散增益测试评价实际使用中用重整气(氢气、二氧化碳、氯气及其他杂质的混合气)作为燃料的MEA的性能。11.5. 1.2 试验方法本试验可采用两种方法中的一种z恒定气体流量或者恒定气体化学计量比。两者在11.2. 1和11.2.2中分别描述。一旦选定了一种方法，整个试验过程中都应使用同一种方法。试验应按下述流程进行E首先，按设定流速、增湿及
39、压力给电池阳极侧通人氢气作为燃料。用所选择的方法测量使用氢气和空气时的I-V特性曲线。其次，使用氢气和氯气的混合气作为阳极燃料。这里，氮气取代了重整气中的非氢气成分。重整气的组成由制造商规定。采用选定的方法，使用氢气和氮气混合气以及空气，获取I-V特性曲线。比较把以纯氢为燃料和以混合气为燃料的I-V特性曲线，如果二者差异大于用Nernst方程预测的理论值，表明用极可能存在着扩散问题。注1:之所以采用氯气替代二氧化碳是因为后者在反应中会产生一氧化碳从而使阳极中毒.本试验只是纯粹测量阳极的扩散性能.注2:氢气中co的浓度必须等于或小于9.1.1中所绘的浓度.11.5.2 氧气扩散增益测试11.5.
40、2.1 概述本试验的目的是评价阴极的扩散能力。氧气扩散增益测试用来评价在实际应用中以空气为氧化剂的MEA的性能。11.5.2.2 试验方法本试验可采用两种方法中的一种z恒定气体流量或恒定气体化学计量比。两者在11.2.1和11.2. 2 中分别描述。一旦选定一种方法，整个试验过程中都应使用同一种方法.试验应按下述流程z使用空气为氧化剂，以选定的方法测量I-V曲线。然后，用氧气代替空气，采用同样流量、增湿以及压力，采用选定方法测量I-V特性曲线。比较氧气与空气的I-V特性曲线，如果两者差异大于Nernst方程预测的理论值，表明阴极可能存在扩散问题。注1:使用纯氧时的气体渗透可能导致快速的大量放热
41、，这会导致硬件的损伤，并可能造成人员受伤.注2:氧气系统必须按照专门的要求而设计和净化.13 GB/T 28817-2012/IEC/TS 62282-7-1 :2010 11. 6 气体计量比测试11.6. 1 燃料计量比测试11.6.1.1 慨述本试验的目的是评价阳极的扩散性能，与11.5. 1的氢气扩散增益试验相同。11. 6. 1.2 试验方法在标准试验条件下按规定设置电流密度。在标准试验条件下把氧化剂化学计量比设置定为从给定值至四倍以上。根据电池制造商规定的一定范围内改变燃料流量，记录电池电压。注1:本试验不用纯氢气是因为当氢气的流量减少直至氢气不足时，观察不到明显的性能改变.本试验
42、使用重整气。注2:做本试验必须非常小心，因为本试验有意使阳极供气不足。供气不足会导致阳极的不可逆损坏.11.6.2 氧化剂计量比测试11. 6. 2. 1 概述本试验的目的是评价阴极的扩散性能。如11.5.2氧气扩散增益试验一样，试验应按下述流程进行。11. 6. 2. 2 试验方法在标准试验条件下按规定设置电流密度。在标准试验条件下把燃料化学计量比设置定为从给定值至两倍以上。根据电池制造商规定的一定范围内改变氧化剂流量，记录电池电压。注1:本试验不用纯氧气是因为当氧气的流量减少直至氧气不足时，观察不到明显的性能改变。本试验使用空气为氧化剂。注2:做本试验必须非常小心，因为本试验有意使阴极供气
43、不足.11. 7 温度影晌测试11. 7.1 概述本试验的目的是测量电池温度对电池性能的影响。温度通常会影响电极反应速率和电解质的传导率。11. 7. 2 试验方法按电池制造商规定设置电池温度为T1、Tz.丸.Tn是最高运行温度。同时，通过增加或降低露点和进气温度，保持阴、阳极在燃料电池运行温度恒定时的相对湿度。在每个温度水平上，测量电池的I-V特性曲线。试验过程参见11.2. 1或11.2. 2。11. 8 压力影响测试11. 8. 1 摄述本试验的目的是测量燃料和氧化剂压力对电池性能的影响。试验中必须非常谨慎地保持膜两侧的压力差为恒定值。高压增加反应气体的密度，从而增加电极反应速率。11.
44、 8. 2 试验方法按电池制造商规定设置燃料或氧化剂压力为Pl、Pz.Pn.Pn是最高运行压力。同时，相应调整14 GB/T 28817-2012月EC/TS62282平1:2010另一种气体压力以保持二者的压差值恒定。在每一压力水平上，测量电池的I-V特性曲线。试验过程参见11.2. 1或11.2.2.进行本试验要非常小心，以免损害电池或膜。试验者应对膜的渗透迹象保持警惕，如可导致内燃的针孔。11.9 湿度影晌测试11. 9. 1 燃料温度影晌测试11.9.1.1 概述本试验的目的是测量燃料的不同湿度对电池性能的影响。燃料的湿度通常会影响电解质的传导率和阳极的气体扩散。11. 9. 1. 2 试验方法本试验可采用两种方法中的一种s恒定气体流量或恒定气体化学计量比。两者在11.2.1和11.2.2中分别描述。一旦选择了一种方法，整个试验过程中都应使用同一种方法。本试验应按下述流程进行z在标准状态下设置氧化剂湿度。根据相应的露点温度设置几个级别的燃料
