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燃料电池双极板定型前还须测试这些项目
双极板 文章来源自:燃料电池干货
2019-11-27 09:18:55 阅读:8230
摘要双极板的平面度直接影响双极板与气体扩散层之间的接触电阻,从而影响电池性能。

作为燃料电池堆核心部件之一,双极板担当配气、导电、传热、支撑结构等作用。合格的双极板产品通常需要经过特性测试,测试项目包含平面度、腐蚀电流密度、接触电阻、体电阻率、透气率、抗弯强度、阻力降、面积利用率、厚度均匀性、密度和重量等。

平面度

平面度亦称平整度,是产品几何规范中常见的四项形状公差之一,也是评定产品成形表面质量的关键指标之一。对于燃料电池双极板,定义为双极板的脊背部分具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。双极板的平面度直接影响双极板与气体扩散层之间的接触电阻,从而影响电池性能。

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腐蚀电流密度

双极板的腐蚀电流密度定义为单位面积双极板材料在燃料电池运行环境中,在腐蚀电位下由于电化学或化学作用引起的破坏产生的电流值,单位为μA/cm2。腐蚀电流密度值大小反映了双极板腐蚀速率的快慢,是表征双极板材料及部件在燃料电池运行环境下耐腐蚀性能的物理量。

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美国能源部(DOE)最新双极板技术指标

接触电阻

接触电阻本意指两种材料的接触部分产生的电阻。对于双极板,定义为双极板和气体扩散层之间的接触电阻,单位为mΩ·cm2。双极板的接触电阻和双极板有效利用率需要权衡;燃料电池电堆由多片燃料电池单体层叠装配而成,组装过程中螺栓夹紧力是影响接触电阻的关键因素。美国能源部(DOE)最新发布的双极板技术指标提出2020年,双极板的接触电阻<10 mΩ·cm2。

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体电阻率

双极板体电阻率定义为双极板材料本体的电阻率值,单位是mΩ·cm2。燃料电池单体的电阻主要由本体电阻和接触电阻组成。在温度一定的情况下,材料的电阻为R=ρL/S,其中ρ为电阻率,L为材料长度,S为截面积。

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透气率

双极板透气率定义为在一定试验条件下,单位时间内透过单位面积样品的气体量,单位为cm3/cm2·min或ml/cm2·min。双极板透气率包括双极板材料透气率和双极板部件透气率。燃料电池的安全包括氢安全、电安全和机械冲击安全。双极板透气不仅影响其耐腐蚀性和寿命,还影响电池的氢安全。

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抗弯强度

双极板抗弯强度定义为在规定条件下,双极板在弯曲过程中所能承受的最大弯曲应力,单位为Mpa。燃料电池双极板须不仅需要具备优良的气密性、导电和传热性能外,还须满足一定的机械强度以支撑电池结构和装配。

阻力降

双极板阻力降定义为气体流经双极板的进出口压力差。双极板流场设计既要充分考虑气体传质效率和排水作用,又不得忽略流场阻力降过大给燃料电池空气系统带来的大负担效应。国家标准《GB/T 20042.6-2011质子交换膜燃料电池第6部分:双极板特性测试方法》中阻力降测试采用气体介质,实际燃料电池阴阳极流场工作在水气两相流环境下。

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全电池分布云图(上海氢晨)

面积利用率

双极板的面积利用率亦称有效面积比,即双极板的有效面积(流场部分面积)与双极板总面积的比值。双极板面积利用率与电堆功率密度密切相关(流场部分之外的双极板面积并不发电)。通常,面积利用率越大,功率密度越高。

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厚度均匀性

双极板厚度均匀性用厚度最大值与最小值之差以及厚度相对偏差表示,单位为mm。最大值与最小值之差△d=双极板厚度最大值dmax-双极板厚度最小值dmin。厚度相对偏差S=(某一点双极板厚度测量值di-极板平均厚度d)/极板平均厚度d×100%。注意,双极板的流场部分,主要测试双极板脊背部分的厚度,沟槽部分的厚度不考虑在内。

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