GB/T 20042.7-2024 質子交換膜燃料電池炭紙厚度與拉伸強度測試

質子交換膜燃料電池（PEMFC）作為一種高效、清潔的能源轉換技術，其核心組件之一——炭紙（又稱氣體擴散層基材）在電池性能中起著至關重要的作用。炭紙的厚度均勻性和機械強度直接影響燃料電池的氣體傳輸、電子導通以及整體結構穩定性。因此，對炭紙進行精確的厚度測試和拉伸強度測試，不僅是評估其質量的重要手段，也是確保燃料電池高效運行的關鍵環節。厚度均勻性決定了炭紙在電池組裝中的一致性，而拉伸強度則反映了其在加工和運行過程中的耐久性。本文將由濟南三泉中石詳細闡述炭紙厚度測試和拉伸強度測試的方法及其重要性。

厚度測試：確保一致性的基礎

炭紙的厚度直接影響燃料電池的氣體擴散效率和接觸電阻，因此厚度均勻性測試是炭紙質量控制的核心環節。為了獲得準確的測試結果，需使用高精度的測厚設備，并在測試前進行嚴格的儀器校準。測試過程中，需確保測厚儀的零點校準準確，并在每次測量后復核零點，以避免誤差累積。

在具體操作中，測試樣品的面積應不小于100平方厘米，測量點至少為25個，且這些點需均勻分布在樣品表面，以全面反映厚度分布情況。測試時，測厚儀的測量頭應緩慢下降，施加在樣品上的壓強控制在25kPa，以此條件下的厚度作為初始厚度值。測量頭的接觸面積需大于1平方厘米，通常建議為2平方厘米，以確保測試的穩定性。此外，為防止樣品受壓變形或損壞，操作需輕柔且規范。使用的測試設備：三泉中石的CHY-HS燃料電池炭紙厚度測試儀，其高精度和穩定性能夠滿足嚴格的測試要求。

拉伸強度測試：評估機械耐久性的關鍵

炭紙在燃料電池的制造和運行過程中需要承受一定的機械應力，因此拉伸強度測試是評估其機械性能的重要方法。炭紙的拉伸強度反映了其在加工、組裝及長期運行中的抗斷裂能力，是確保燃料電池結構完整性的關鍵指標。

在拉伸強度測試中，首先需按照標準方法測量樣品的平均厚度，以確保后續計算的準確性。樣品裁剪成長條形，尺寸為70mm×10mm，并根據炭紙的纖維方向分為縱向和橫向（若無明顯方向性，可隨機選擇一個方向）。裁剪時需保證樣品邊緣平整，避免引入初始缺陷。

測試時，樣品被固定在拉伸試驗機的上下夾具之間，夾具中心線需與樣品受力方向保持一致，確保樣品在拉伸過程中始終處于同一平面。為防止樣品在夾具處滑動或斷裂，夾具內需襯墊橡膠等彈性材料，以提供均勻的夾緊力。拉伸試驗以恒定的速率（10mm/min）進行，直至樣品斷裂。測試結束后，記錄斷裂時的負荷值，并計算拉伸強度。若樣品在夾具附近（標線±5mm范圍內）斷裂，該數據視為無效，需重新測試。

每組測試需包含至少5個有效樣品，以確保數據的統計可靠性。使用的測試設備：三泉中石的XLW-500N燃料電池炭紙拉伸強度測試儀，其精準的力學測量系統能夠滿足高標準的測試需求。

總結

炭紙作為質子交換膜燃料電池的關鍵材料，其厚度和機械強度的測試直接關系到電池的性能和壽命。通過規范的厚度測試，可以確保炭紙在電池組裝中的一致性和氣體傳輸效率；而通過拉伸強度測試，則能夠評估炭紙在機械應力下的耐久性。這些測試方法不僅為炭紙的質量控制提供了科學依據，也為燃料電池的規模化生產和長期穩定運行奠定了基礎，同時，能夠進一步提升測試的可靠性和效率，為燃料電池技術的持續發展提供有力支持。