碱性膜燃料电池第一部分膜性能试验方法-编制说明.docx

碱性膜燃料电池第一部分膜性能试验方法编制说明一、任务来源及计划要求惠州亿纬氢能有限公司（以下简称“亿纬氢能”）牵头编制的碱性膜燃料电池第一部分膜性能试验方法标准，来源于2022年申请立项的中国可再生能源学会团体标准编制任务。本标准由中国可再生能源学会负责归口管理。二、主要参加单位惠州亿纬氢能有限公司，北京新研创能科技有限公司，武汉大学，中国科学院大连化学物理研究所，中科嘉鸿（佛山市）新能源科技有限公司，北京航空航天大学，中国科学技术大学，新研氢能源科技有限公司。三、工作简要过程2022年5月，编制单位把团体标准项目建议书提交给中国可再生能源学会。2022年6月，中国可再生能源学会召开氢能专业团体标准立项初审会，听取了编制单位的立项汇报，提出了建议。2022年IO月，中国可再生能源学会召开2022年度第一次团体标准审查会，听取了编制单位的立项报告，提出建议。2022年11月，编制单位对上述建议进行了答复。2022年11月，编制单位收到中国可再生能源学会同意该项团体标准立项的通知中再学（2022）20号。2023年3月，完成标准第一稿。2023年5月，完成标准第二稿。2023年10月，完成标准第三稿。2023年11月，完成标准征求意见稿，提交中国可再生能源学会，开展行业内意见征集。四、编制情况1.标准介绍该标准为性能试验方法标准。适用于传导OH一的阴离子交换膜，可用于燃料电池发电、水电解制氢、COz还原等电化学设备。2.编制原则本标准编制原则如下：a）标准严格按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草；b）标准符合国家有关法律法规及相关产业政策要求；c）对标内外先进水平，与现行有效的国际、国家、行业、团体标准协调一致；d）适应我国碱性膜燃料电池、电解池、C02还原反应器发展的需求。五、目的、意义或必要性本标准制定的主要目的在于建立统一的碱性膜的性能试验方法，为其在燃料电池、电解池和C02还原反应器等电化学装置中应用时提供测试规范。近年来，基于碱性膜的电化学技术和装置发展迅速，在碱性膜应用于电化学反应器如燃料电池中时，可搭配非贵金属催化剂，相较于质子交换膜燃料电池具有成本优势；同时，相较于传统的液态KOH和NaOH电解液，碱性膜燃料电池结构简单、性能好、功率密度高、响应速度快、受空气中CO2的影响及维护工作量小相对较小；这些优点均利于碱性膜燃料电池的商业化推广应用。国内外目前均在积极进行碱性膜技术的产业转化，处于激烈竞争阶段，但相关性能试验仅有零散的科研论文，且测试条件存在差异，如在OH-离子电导率测试中，是否应该消除“碳酸化”效应对OH电导率测试的影响以及如何有效地消除“碳酸化”效应的影响没有同一的说法，使得测得的OH-电导率难以比较。又如在碱性膜耐碱稳定性的测试中，碱液浓度、温度及时间等也不统一。为此，建立统一的碱性膜性能试验方法很有必要，对碱性膜技术和工艺的提升及其应用都有重要意义。六、标准于同类标准主要差异与本标准同类型的现有标准是质子交换膜燃料电池第3部分：质子交换膜测试方法（GB/T20042.3-2022）0对于相同的技术参数，如厚度均匀性、透气率、拉伸性能、溶胀率和吸水率，本标准按照GB/T20042.3-2022的方法进行，仅在个别细节处略有改变，而对于OH-离子电导率、OH一离子交换容量和碱稳定性这些仅与碱性膜有关的技术参数，本标准提出了新的方法。主要差异处见表Io表1差异对照表序号对比项差异1厚度均匀性测试对于厚度均匀性，国标用厚度相对偏差表示：S:（di-d）dX100%,结果是每个样品都有很多个数据，在对比不同样品时，难以直观有效地判断出那个样品的厚度均匀性更好；本标准用厚度相对标准偏差表示厚度均匀性：S=产；丁）2X100%,可对不同样品间的厚度均匀性进行快速对比。2OH-离子电导率测试本标准提出了新的测试方法。为了避免碳酸（氢）根离子的影响，首先通过电解使阴离子交换膜中的碳酸（氢）根离子以C02气体形式排出，直到膜中所有阴离子原位交换为0H-,然后用四电极探针法通过交流阻抗进行测试。3OH漓子交换容量测试本标准提出了新的测试方法。为了避免碳酸（氢）根离子的影响，先后对碱性膜进行了OH-离子交换、Cr离子交换、NOj离子交换，然后用电位滴定法对Cl漓子量进行标定，最后得出OH离子的交换容量。4透气率测试除了采用国标中的压差法外，本标准还采用电化学方法对渗氢电流进行了测试。5碱稳定性测试本标准提出了新的测试方法。将样品在5MKOH溶液80°C下浸泡100Oh或以上(测试时间可根据需求而定)，200h、500h、1000h等时间节点后，对碱性膜的离子交换容量进行测试，得到碱性膜离子交换容量的减小情况，判断碱性膜的耐碱稳定性。七、标准主要内容本标准规范了阴离子交换膜的性能试验方法，包括厚度均匀性测试、离子电导率测试、离子交换容量测试、透气率测试、拉伸性能测试、溶胀率测试、吸水率测试和碱稳定性测试。本标准适用于传导OH的阴离子交换膜，可应用于水电解制氢、燃料电池、CO2还原等电化学设备。八、试验验证情况参编单位对本标准中所涉及的项目进行了测试验证。九、与现有的标准关系目前国内外尚无碱性膜性能试验方法的标准。本标准与质子交换膜燃料电池第3部分：质子交换膜测试方法(GB/T20042.3-2022)互为补充。十、预期的社会经济效果碱性膜电化学技术是变革性氢能技术，其应用包括多种类型的燃料电池与电解器。碱性膜材料正处于产业化和商品化早期阶段，国内外竞争激烈。碱性膜材料在离子电导率、耐碱稳定性等方面的测试评价方法与质子交换膜具有显著差异,国内外尚无统一的方法，导致测试结果偏差很大。本标准的制定统一了测试方法，对碱性膜及其材料的发展与应用具有积极的推动作用，社会经济效果显著。十一、标准涉及的知识产权情况说明无。十二、与现行法律法规、标准的关系本文件与现行法律法规、标准无冲突。十三、参考资料清单1 Ziv,N.andD.R.Dekel,Apracticalmethodformeasuringthetruehydroxideconductivityofanionexchangemembranes.ElectrochemistryCommunications,2018.88:p.109-113.2 Cooper,K.R.,CharacterizingThrough-PlaneandIn-planeIonicConductivityOfPolymerElectrolyteMembranes.ECSTransactions,2011.41(1):p.1371-1380.3 Diaz,J.C.andJ.Kamcev,Ionicconductivityofion-exchangemembranes:Measurementtechniquesandsaltconcentrationdependence.JournalofMembraneScience,2021.618:p.118718.4 Yadav,R.andP.S.Fedkiw,AnalysisofElSTechniqueandNafion117ConductivityasaFunctionofTemperatureandRelativeHumidity.JournalofTheElectrochemicalSociety,2012.159(3):p.B340-B346.5 Yuan,C.,etal.,Poly(vinylalcohol)-BasedHydrogelAnionExchangeMembranesforAlkalineFuelCell.Macromolecules,2021.54(17):p.7900-7909.