報(bào)告主要包括以下三個(gè)部分：第一是燃料電池關(guān)鍵部件的基礎(chǔ)性能測(cè)試；第二是燃料電池關(guān)鍵部件的穩(wěn)定性測(cè)試；第三是燃料電池堆的性能測(cè)試。當(dāng)前國(guó)家對(duì)車(chē)用燃料電池的發(fā)展相當(dāng)重視，特別是最近幾年連續(xù)制定了一系列與燃料電池關(guān)鍵零部件有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及質(zhì)子交換膜、催化劑、膜電極和雙電板等部件的性能測(cè)試。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中涉及的燃料電池關(guān)鍵部件基礎(chǔ)性能測(cè)試主要包括：測(cè)試質(zhì)子交換膜的質(zhì)子交換傳導(dǎo)率、離子交換當(dāng)量、拉伸性能、吸水率、溶脹率、厚度均勻性和透氣率；測(cè)試電催化劑的Pt含量測(cè)試、比表面積、孔容、孔徑分布、形貌及粒徑分布、催化劑密度和電化學(xué)活性面積；測(cè)試炭紙的厚度均勻性、電阻、機(jī)械強(qiáng)度、透氣率、孔隙率和表觀密度；測(cè)試膜電極的厚度均勻性、Pt擔(dān)載量、單電池極化曲線、滲氫電流、活化極化過(guò)電位和歐姆極化過(guò)電位；測(cè)試雙極板的氣密性、阻力、面積利用率、厚度均勻性、平面度和電阻。


實(shí)際應(yīng)用中除了需要對(duì)燃料電池關(guān)鍵部件的基礎(chǔ)性能進(jìn)行測(cè)試，還需要對(duì)關(guān)鍵部件的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)槿剂想姵囟训恼w穩(wěn)定性取決于其關(guān)鍵零部件的穩(wěn)定性。車(chē)用燃料電池的實(shí)際使用工況非常復(fù)雜，并且燃料電池各部件在不同工況下的損傷機(jī)理具有差異性。例如燃料電池啟停過(guò)程產(chǎn)生的氫空界面會(huì)腐蝕催化劑載體，變載過(guò)程中的高電壓循環(huán)變化會(huì)加速催化劑的衰減，怠速過(guò)程中的高開(kāi)路電壓不僅會(huì)加速催化劑的腐蝕還會(huì)增強(qiáng)自由基對(duì)質(zhì)子交換膜的攻擊，低溫冷啟動(dòng)過(guò)程中在低于0℃的工作環(huán)境下，陰極側(cè)反應(yīng)生成的水易結(jié)冰導(dǎo)致催化層、擴(kuò)散層堵塞，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，并且水結(jié)冰產(chǎn)生的體積變化也會(huì)對(duì)膜電極組件的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，降低燃料電池性能。



總的來(lái)說(shuō)，單體零部件的性能對(duì)燃料電池的整體性能起著決定性的影響，因此在電堆集成前需要對(duì)各個(gè)部件的工作穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。大連化物所現(xiàn)有的燃料電池測(cè)試設(shè)備主要包括掃描電子顯微鏡、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站、電子負(fù)載儀、單電池測(cè)試臺(tái)和交流阻抗儀等。膜電極的穩(wěn)定性測(cè)試方法有開(kāi)路電壓法、電位循環(huán)法、啟動(dòng)停車(chē)循環(huán)法、溫濕循環(huán)法和冰凍/解凍循環(huán)法；雙極板的穩(wěn)定性測(cè)試方法有化學(xué)腐蝕法和電化學(xué)腐蝕法。關(guān)于膜電極的穩(wěn)定性測(cè)試，我們選用了伏安法，并且試驗(yàn)中膜電極面積為20-50平方厘米，電壓掃描范圍為0.6-1.0伏，掃描速率為50毫伏每秒，測(cè)試周期為30000圈。


下面介紹一些燃料電池堆的通用技術(shù)條件、低溫特性和安全要求。對(duì)于燃料電池而言，現(xiàn)在大家特別關(guān)注燃料電池的安全性能，主要包括氫安全、電安全和機(jī)械沖擊安全。燃料電池堆的氫安全主要是測(cè)試氫氣從氫倉(cāng)向大氣環(huán)境、空氣倉(cāng)或水倉(cāng)的總泄露量；燃料電池堆的電安全主要是測(cè)試電堆集流體和封裝表面裸露金屬部分的絕緣電阻、電堆集流體和外框表面裸露金屬表面的絕緣電阻、電堆接地點(diǎn)和電堆裸露金屬面的接觸電阻。燃料電池堆的機(jī)械沖擊安全主要是測(cè)試燃料電池在使用過(guò)程中通過(guò)一些低洼或者顛簸路段時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，以及沖擊完成后的電堆氣密性。


燃料電池堆的這些安全性能測(cè)試試驗(yàn)完成且達(dá)標(biāo)后，表明電堆可以進(jìn)入下一階段的測(cè)試，包括測(cè)試燃料電池堆的活化特性、極化特性曲線、額定輸出功率、峰值輸出功率及低溫冷啟動(dòng)性能。其中增加燃料電池堆質(zhì)子交換膜的潤(rùn)濕度，可以有效釋放膜上的活性位點(diǎn)，降低質(zhì)子交換膜的傳質(zhì)極化，進(jìn)而提高催化劑的活性。對(duì)燃料電池進(jìn)行極化曲線測(cè)試，就是為了反映電堆內(nèi)部膜電極上催化劑的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，催化劑材料的界面電阻、歐姆電阻以及膜電極在氣體傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的極化損失，左下圖是一個(gè)原理圖，右下圖是燃料電池電堆的極化曲線。


綜上，介紹了燃料電池關(guān)鍵部件的一些測(cè)試，基礎(chǔ)性能是參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)關(guān)鍵部件的一些基礎(chǔ)性能進(jìn)行測(cè)試；穩(wěn)定性測(cè)試，參考的是DOE的一些測(cè)試方法和在科研機(jī)構(gòu)的一些研究方法，考察這些關(guān)鍵部件分級(jí)項(xiàng)的衰減情況；電堆測(cè)試主要從安全性、性能及雜質(zhì)影響方面來(lái)進(jìn)行測(cè)試。