ICS27.070 K82 中华人民共和国国家标准 GB/T31886.2—2015 反应气中杂质对质子交换膜燃料 电池性能影响的测试方法 第2部分:氢气中杂质 Testmethodabouttheinfluenceofgaseouscontaminantsin reactiongasontheperformanceofprotonexchangemembranefuelcells —Part2:Gaseouscontaminantsinhydrogen 2015-09-11发布 2016-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 GB/T31886《反应气中杂质对质子交换膜燃料电池性能影响的测试方法》分为以下2个部分: ———第1部分:空气中杂质; ———第2部分:氢气中杂质。 本部分为GB/T31886的第2部分。 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国电器工业协会提出。 本标准由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。 本标准负责起草单位:中国科学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、新源 动力股份有限公司、武汉邮电科学研究院、同济大学、清华大学、武汉理工大学。 本标准主要起草人:肖宇、陈晨、梁栋、侯明、侯中军、齐志刚、侯永平、杨代军、衣宝廉、裴普成、李赏、 石伟玉、刘淑芬。 ⅠGB/T31886.2—2015 反应气中杂质对质子交换膜燃料 电池性能影响的测试方法 第2部分:氢气中杂质 1 范围 本标准规定了氢气中含有的一氧化碳(CO)杂质气体对质子交换膜燃料电池性能影响测试方法相 关的术语和定义、测试平台及仪器仪表要求、测试前准备、测试方法及测试报告。 本标准适用于质子交换膜燃料电池单电池(以下简称“燃料电池”)。 适用本标准所述测试方法的氢气中杂质气体的体积分数不低于1μL/L。 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)适用于本文件。 GB3095—2012 环境空气质量标准 GB/T5274 气体分析 校准用混合气体的制备 称量法 GB/T5275.10 气体分析 动态体积法制备校准用混合气体 第10部分:渗透法 GB/T3634.2—2011 氢气 第2部分:纯氢、高纯氢和超纯氢 GB/T20042.1—2005 质子交换膜燃料电池 术语 GB/T20042.5—2009 质子交换膜燃料电池 第5部分:膜电极测试方法 GB/T28816—2012 燃料电池 术语 3 术语和定义 GB/T20042.1—2005及GB/T28816—2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 洁净空气 cleanair 所含各种污染物浓度均不超过GB3095—2012中4.2所规定的年平均一级浓度限值的空气。 注1:本标准中洁净空气的定义仅针对其作为燃料电池氧化剂的用途方面。 注2:本标准推荐采用的洁净空气为配制气体,氧浓度为21%,平衡气为氮气。 3.2 氢气中杂质气体 gaseouscontaminantsinhydrogengas 燃料氢气中所含的其他气体。本标准适用的杂质气体为CO。 3.3 燃料电池中毒 fuelcellpoisoning 由反应气中含有的杂质气体所造成的燃料电池电压衰减的现象。 注:本标准中的“中毒”均指“燃料电池中毒”。 1GB/T31886.2—2015 3.4 毒化操作 poisoningoperation 使燃料电池采用含杂质气体的反应气运行的过程。 注1:本标准中毒化的定义仅针对燃料电池。 注2:杂质为可造成燃料电池中毒的气体组分。 4 测试平台及仪器仪表要求 4.1 燃料电池测试平台 本标准中所采用的测试平台如图1所示,测试平台中的部件包括: ———燃料电池温度控制单元:可对燃料电池进行精确的温度控制; ———反应气流量、压力控制单元及温度、湿度控制单元:对输入燃料电池的燃料及氧化剂的流量、压 力及湿度、温度进行精确控制; ———恒电流电子负载:可对燃料电池进行恒电流加载运行; ———数据采集单元:采集并记录试验参数及测量数据,其采样能力可实现对每一参数的连续采样间 隔不超过1s。 测试平台流程示意图中,其燃料气流路由纯氢气主流路和杂质氢气支流路构成,且杂质氢气支路于 A点(自A点至电池氢气入口段管路长度不超过10cm)接入纯氢气主流路。该支路具有压力、流量控 制单元,可对杂质氢气的压力、流量进行精确控制;且管路应选用对CO气体组分无吸附作用的材质,或 通过对其他材质管路内壁进行一定的表面涂层处理以避免对CO气体组分的吸附。 测试平台流程示意图中燃料电池指燃料电池单池。 图1 测试平台流程示意图 4.2 测试用仪表精度要求 测试中(实验输出)参数的测量值的精度要求应该满足表1的要求。 2GB/T31886.2—2015 表1 测量精度要求 测试项目 精度要求 备注 电压(V) ≤±1% 按最大预期值计 电流(A) ≤±0.5% 按最大预期值计 流量(mL/min) ≤±2% 按最大预期值计 压力(kPa) ≤±3% 按最大预期值计 温度(℃) ≤±1℃ — 相对湿度(%) ≤±3% 按相对误差计 5 测试前准备 5.1 待测燃料电池的基本信息 依据GB/T20042.5—2009中6.1样品制备及6.2测试仪器和设备中的规定,提供待测电池基本信 息如下: ———样品膜电极有效面积为50cm2,并对有效面积之外的四周进行密封处理; ———流场板采用蛇形流场的纯石墨板; ———集流板采用镀银或镀金处理的不锈钢板; ———燃料电池制造商提供阴阳极催化层铂担量。 5.2 测试条件的确定 依据GB/T20042.5—2009中6.7规定的常压测试方法,需确定以下测试条件: ———所采用杂质的种类(X)及目标杂质体积分数(cXd); ———燃料电池的运行温度:75℃; ———工作电流密度分别为:200mA/cm2、500mA/cm2和800mA/cm2; ———燃料电池运行的最低电压(Umin):0.3V; ———最长毒化时间(tdmax):10h; ———燃料气出口背压:0MPa,化学计量比为1.2,相对湿度为100%; ———氧化剂空气出口背压:0MPa,化学计量比为2.5,相对湿度为100%。 ———测试过程中每一参数连续采样间隔不超过1min,其中电压及电流连续采样间隔不超过10s。 5.3 反应气体准备 纯氢气:满足GB/T3634.2—2011中规定的高纯氢气以上品质的氢气作为测试所需的纯氢气源。 氧化剂空气:准备足量洁净空气作为测试所需空气源。 稀释前的杂质燃料氢气:依据GB/T5274或GB/T5275.10中的规定,配制标准的足量杂质体积分 数为cX0的杂质氢气,作为测试所需的杂质氢气源;且cX0由目标杂质氢气体积分数(cXd)及稀释比例确 定,计算公式如式(1)。 cXd=cX0×d ……………………(1) 式中: cX0———稀释前含杂质氢气中的杂质体积分数; cXd———燃料电池制造商指定的测试所采用的目标杂质体积分数; 3GB/T31886.2—2015 d———稀释比例,即稀释后与稀释前杂质体积分数比:1%~5%。 5.4 样品数量及要求 提供同一批次制备的、无差别的至少9个测试样品用于燃料电池中毒测评。 6 测试方法 6.1 总则 本部分详述了燃料电池抗毒化性能测试方法,测试于具备图1所述功能的燃料电池测试台架上进 行。先将样品按不同工作电流密度分成三组,每组对至少3个样品进行测试,每个样品测试一次。 本测试过程中,全程监测并记录燃料电池电流及电压随时间的响应值,测试报告中涉及数值报告部 分应给出所有测试结果的范围区间及平均值。 6.2 测试步骤 6.2.1 概述 本测试由稳态运行阶段、毒化阶段及恢复阶段构成,如图2所示。待测燃料电池样品应至少进行 200mA/cm2、500mA/cm2、800mA/cm2三个电流密度条件下的测试。 图2 测试过程示意图 6.2.2 稳态运行阶段 本阶段燃料电池以纯氢及洁净空气为反应气,将测试样品按照5.2给出的测试条件恒电流运行至 稳态,处于该状态下的电池电压最大波动范围不超出±15mV,任意2min内电压平均值差异不超过 2mV。记录此时的氢气进气流量为Qa,维持燃料电池稳态运行不低于60min,记录电压稳定状态运行 阶段的起始时间ta,结束时间为tb。 4GB/T31886.2—2015 6.2.3 毒化阶段 6.2.3.1 毒化阶段开始 在燃料电池电压稳定状态运行阶段完成后(tb开始),调节纯氢气流量为Qa1,并同步混入杂质氢 气,流量为Q'a1,维持其余操作条件不变,维持燃料电池恒电流继续运行,进入毒化阶段,其中,纯氢气进 气流量(Qa1)及稀释前杂质氢气进气流量(Q'a1)与设定的总进气流量(Qa)关系如式(2)、式(3): Qa1=Qa×(1-d) ……………………(2) Q'a1=Qa×d ……………………(3) 式中: Qa1———稳定阶段纯氢气流量; Q'a1———稀释前杂质氢气进气流量; Qa———总进气流量; d———杂质氢气稀释比例。 6.2.3.2 毒化阶段结束 燃料电池在毒化条件下运行至达到下列条件之一时结束毒化测试,记录测试结束时间为tc。结束 条件如下: a) 达到燃料电池中毒电压平台区并在该电压平台区持续运行超过60min,该区域内的电池电压 最大波动范围