NB T 42007-2013 全钒液流电池用双极板.测试方法.pdf

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1、, ICS 27.070 K82 备案号:41509-2013 NB 中华人民共和国能源行业标准NB /T 42007 - 2013 全饥液流电池用双极板测试方法Bipolar plate for vanadium flow battery-test method 2013-06-08发布2013-10-01实施国家能源局发布NB / T 42007 - 2013 目次Iit且tAtAq-qhou件文用义引定求法性和要方民围范语用试国言范规术通测如前12345参., 1 NB I T 42007 - 2013 刚昌本标准按照GB/T1.1一2009(标准化工作导则第1部分z标准的结构和编写给出

2、的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业液流电池标准化技术委员会(NEAlTC23)技术归口。本标准主要起草单位:中国科学院大连化学物理研究所、大连融科储能技术发展有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所。本标准参加起草单位:北京普能世纪科技有限公司、中国电器工业协会、中国科学院金属研究所、清华大学、承德万利通实业集团有限公司、中国电力科学研究院、国网电力科学研究院等。本标准主要起草人:刘宗浩、张华民、王晓丽、陈晨、李颖、田超贺。本标准参加起草人:尹海涛、杨启明、严川伟、卢琛佳、王保国、张玉贤、陈继忠、李爱魁等。II NB I T 42007 - 2013 全饥液流电池用双极

3、板测试方法1 范围本标准规定了全饥液流电池用双极板的通用要求和测试方法，主要包括厚度均匀性测试、翘曲度测试、腐蚀电流密度测试、电阻率测试、透气率测试、弯曲强度测试、拉伸强度测试和抗压强度测试。本标准适用于所有的全辄液流电池用双极板材料。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。GB厅13465.2-2002不透性石墨材料抗弯强度试验方法3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1 全饥液流电池vanadium t10w batte町;VFB 又称全饥液流电池系统

4、，通过正负极电解液中不同价态饥离子的电化学反应来实现电能和化学能互相转化的储能装置。3.2 3.3 注E全饥液流电池主要由功率单元(电堆或电池模块、储能单元(电解液及储罐)、电解液输送单元(管路、阀门、泵、换热器等)和电池管理系统等部分构成。双极板bipolar plate 收集传导电流，分隔正负极电解液的导电隔板。腐蚀电流密度corrosion current density 在规定条件下，电池单位面积的双极板在腐蚀电位下由于电化学作用引起破坏产生的电流值，单位为队Icm2。i主z腐蚀电流密度值大小反映了双极板腐蚀速率的快慢，是表征双极板材抖在腐蚀电位下耐腐蚀性能的物理量。3.4 体电阻率v

5、olume resistivity 双极板单位长度下单位截面积的电阻率，单位是n.cmo 3.5 接触电阻interface contact resistance 两种材料接触部分之间产生的电阻，单位是n.cm2。jt:以双极板材料与电极材料(通常为碳毡)间接触的电阻作为表征。3.6 透气率gas permeability 试验条件下，在单位时间内透过单位面积样品的气体量，单位为cm3/(cm2 s)。NB I T 42007 - 2013 3.7 弯曲强度bending strength 在规定条件下，材料在弯曲过程中所能承受的最大弯曲应力，单位为MPao3.8 拉伸强度tensile st

6、rength 在规定条件下，材料在拉伸过程中断裂前所承受的最大拉伸应力，单位为MPao3.9 抗压强度compressive strength 在规定条件下，材料单位面积上能承受极限载荷的实测值，单位为MPa。4 通用要求除非另有规定，否则试验应在本标准规定的环境下进行，对有特殊时间和环境要求的双极板材料，应按被测材料的要求执行，或由供需双方协商确定。本标准的试验环境条件如下za) 温度:(25土2).C。b) 压力:86kPa,-., 106kPao c) 空气相对湿度:10%，-.，96%。5 测试方法5.1 厚度均句性测试5.1.1 测试仪器试验中使用的仪器及精度要求如下:a) 测厚仪:

7、精度为1阳，用于测试双极板样品的厚度。b) 游标卡尺z精度为0.02mm.用于测试双极板样品的长度和宽度。5.1.2 样晶制备试验样品应按以下要求制备za) 按测试要求截取定尺寸的矩形材料作为样品。b) 样品为标准形状，其形状如图1所示，尺寸为10伽mXI00mm。c) 表面光洁、无榴皱和破损。5.1.3 测试步骤2 按照以下步骤对样品的厚度均匀性进行测试za) 将样品平放在测厚仪的测试平台上。b) 每次测试前应校准测厚仪的零点，且在每组样品测试后应重新检查其零点。c) 将测厚仪的测量头缓慢放下，直至测量头接触被测材料表面，操作过程中应避免样品变形和破损。d) 厚度测量位置如图1所示，测试点应

8、分布在每个划定区域的中心位置，距离样品边缘应大于5mm。每个测试点应至少重复测量5次，取其算术平均值。e) 厚度均匀性用厚度最大值与最小值之差、双极板的平均厚度、厚度标准偏差及离散系数表示。测试位置图1厚度测试位置5.1.4 结果计算5.1.4.1 双极板最大值与最小值之差双极板厚度最大值与最小值之差按公式(1)计算:M = dmax - dmin 式中z.d一一双极板厚度的最大值与最小值之差，mm; dmax一一双极板的厚度最大值，tnm; dnn一一双极板的厚度最小值，mm。5.1.4.2 双极板平均厚度双极板平均厚度按公式(2)计算:L: d; d=.!.三L一n 式中zd-一双极板的平

9、均厚度，mtn; d;一一某一点双极板的厚度测量值，mm; n一一测量数据点数。5.1 .4.3 双极板厚度标准偏差双极板厚度标准偏差按公式(3)计算:s= 式中zS一一双极板的厚度标准偏差，mm; J一一双极板的平均厚度，mm; dl一一某一点双极板的厚度测量值，mm; n一一测量数据点数。5.1 .4.4 双极板厚度离散系数双极板材料厚度离散系数按公式(4)计算zcv=三xl00%d 式中:cv一一离散系数，反映单位均值上的离散程度，%; S一一双极板的厚度标准偏差，mm; 2一一双极板的平均厚度，mm。取5个样品为一组，计算出双极板厚度离散系数的算术平均值作为试验结果。5.2 翘曲度测试

10、5.2.1 测试仪器试验中使用的仪器及精度要求如下za) 高度尺z精度为O.02mm。b) 钢卷尺z精度为lmm。5.2.2 样晶制备试验样品应按以下要求制备zNB/T 42007 - 2013 、，且，、(2) (3) (4) 3 NB / T 42007 - 2013 a) 样品为整个双极板部件。b) 表面应光洁、无划痕和破损。5.2.3 测试步骤按照以下步骤对样品的翘曲度进行测试za) 将样品凹面朝上放置在水平台面上，确保无任何外力作用在样品_t.b) 用钢卷尺测量样品对角线长，精确至lmm.c) 用高度尺测量样品板面与高度间的最大偏差(即对角线最大弦高)，精确至O.02mm.d) 取5

11、个样品为一组，计算出算术平均值作为试验结果。5.2.4 结果计算双极板翘曲度按公式(5)计算:式中28一一双极板的翘曲度，%; h一一样品对角线最大弦高，mm; L一一样品对角线长度，mm. 5.3 腐蚀电流密度测试5.3.1 测试仪器试验中使用的仪器如下za) 恒电位仪。=主x100%L (5) b) 电化学测试池。采用五口烧瓶，主要用于盛放电解质溶液，主要材料为玻璃或塑料等耐腐蚀性材料。五口烧瓶的中间一个瓶口用于放置工作电极，其他四个瓶口分别用于放置连接参比电极的盐桥、对电极、通气管及置换榕液。5.3.2 样品制备试验样品应按以下要求制备:a) 按测试要求截取二定只寸的矩形材料作为样品。b

12、) 表面应光洁、无划痕和破损。c) 用乙醇等溶剂清洗样品表面，在氯气气氛、常温、常压下干燥3伽血。d) 将电极与样品表面连接，除有效测试面积为100m旷的测试表面外，其余表面予以绝缘密封。5.3.3 W!IJ试步骤按照以下步骤测试样品的腐蚀电流密度:a) 以样品为工作电极，以苯电极/硫酸亚苯电极为参比电极，以无孔石墨板为对电极进行测试。b) 将工作电极浸泡在I.5MVOS04和3MH2S04电解质溶液中。c) 对样品进行线性电位扫描，扫描速率为2mV/s，电位扫描范围为-D.2V+ 1.2V。d) 对测得的极化曲线进行塔菲尔(Tafel)拟合，塔菲尔直线的交点所对应的电流即为样品的腐蚀电流。e

13、) 取5个样品为一组，将计算出的算术平均值作为试验结果。5.3.4 结果计算4 双极板腐蚀电流密度按公式(6)计算:式中zL睛一一腐蚀电流密度，队Icm2;I一一腐蚀电流，A;I lcorr =王(6) NB I T 42007 - 2013 A一一试样的有效测试面积，cm20 5.4 电阻率测试5.4.1 测试仪器试验用仪器及精度要求如下za) 用四探针低电阻测量仪测量电阻值，测量电极为镀金的铜电极。四探针低阻测量仪的体电阻率为O.Oltnn.cm。b) 低电阻测量仪的精度为O.Oltnno5.4.2 样品准备试验样品应按以下要求制备za) 按测试要求截取一定尺寸的矩形材料作为样品。b) 样

14、品为标准的矩形材料C100mmX10伽ll)，样品的边缘不应超过夹具边缘。c) 表面应光洁、无划痕和破损。5.4.3 测试步骤5.4.3.1 体电阻率测试按照下列步骤对样品的体电阻率进行测试:a) 每次测量前应校准剧试仪的零点。b) 测量时应避免样品变形、样品表面灰尘等因素的影响。c) 用四探针低阻测量仪分别在样品靠近边缘和中心的5个部位测量，记录不同部位体电阻值。d) 取5个样品为一组，计算出算术平均值作为试验结果。5.4.3.2 接触电阻测试按照下列步骤对样品的接触电阻进行测试za) 如图2所示，将样品装在测试仪器上。b) 测试过程中，压强每增加0.05阳a记录一次电阻值，当电阻测试值与前

15、一次电阻测试值的变化率5%时，则认为达到电阻的最小值，停止测试，记录不同压强下的电阻值R10c) 测量压强范围一般为OMPaO.6MPaod) 按照a).c)相同步骤，去掉两层炭毡问的政极板样品，记录不同压强下的电阻值R2。i压力!压力注z样品放置在两块镀金铜电极之间，两侧的炭毡为支撑物。在铜电极两侧施加一定的压力，通过记录不同压强下的电流和电压值，得到不同施加压强下的电阻值。图2接触电阻测试装置示意图5 NB IT42007一20135.4.4 结果计算5.4.4.1 体电阻率双极板体电阻率按公式(7)计算:式中zbulk一一试样体电阻率，mn. cm; 立PlxGxDPbulk=15 Pi

16、一一不同部位电阻率测量值，mn. cm; G-一一试样厚度校正系数:D一一试样形状校正系数。(7) 5.4.4.2 接触电阻双极板接触电阻按公式(8)计算:式中zR=坠二生二RBP)xA2 R一一双极板与炭毡间的接触电阻，n. cm2; (8) R，一一双极板材料本体电阻、两个炭毡本体电阻、双极板与两个炭毡间接触电阻、两个铜电极本体电阻及两个炭毡与铜电极间的接触电阻的总和，Q; R2一一-两个铜电极本体电阻、两个炭毡本体电阻及炭毡与铜电极间的接触电阻的总和，0; RBP一一双极板材料本体电阻，o. A一一双极板样品与炭毡的接触面积，cm2 取5个样品为组，计算出算术平均值作为试验结果。5.5

17、透气率测试5.5.1 测试仪器试验中使用的仪器如下:a) 气相色谱仪。b) 渗透池。5.5.2 样品制备试验样品应按以下要求制备za) 样品为圆形，直径为6cm.b) 样品表面应光洁、无槽皱和破损。5.5.3 测试步骤6 按照下列步骤对样品的透气率进行测试:a) 将样品夹在两块均具有气体进口和出口的不锈钢夹具之间，使两侧形成气室，作为试验渗透池。b) 将惨透池按照图3所示的试验装置示意图安装在试验装置上。c) 在气室的一侧通入压力为O.1MPa的氢气，另一侧通入相同条件的氮气，使气室两侧的压力保持平衡。压力平衡通过两侧的精密压力表来控制。d) 在压力为O.lMPa条件下至少稳定施，将气相色谱仪

18、安装在氮气的出口处，测量被测气体的浓度，并记录色谱图。e) 取5个样品为一组，计算出算术平均值作为试瞌结果。、 NB/T 42007 - 2013 2 5 3 1一氢气;2一渗透池;3一气相色谱;4一尾气;5一氢气说明z渗透池由两块具有气体进口和出口的不锈钢板夹具组成，样品放置在两夹具中间。夹具与样品之间采用线密封，两侧形成气室。氢气和氢气进入渗透池后在样品的两侧流动，从而可以维持膜两侧的压力平衡。两侧的压力平衡监控主要通过精密压力表获得。被测气体渗透的推动力是样品两侧的气体分压，从渗透池流出的氯气中含有从双极板的另一侧渗透过来的被测气体，气相色谱仪用于检测渗透地出口被测气体的浓度。图3双极板

19、透气率试验装置示意图5.5.4 结果计算双极板透气率按公式。计算:式中zc=旦A c一一双极板单位时间、单位面积的气体透过率，cm3/(cm2 s); q一一单位时间的气体渗透量，cm3/s; A一一渗透池有效测试面积，cm20 5.6 弯曲强度测试5.6.1 测试仪器试验中使用的仪器及精度要求如下:a) 万能试验机z能满足本标准试验要求的试验机，测量精度不低于0.5级。b) 游标卡尺:精度为0.02mm，用于测试样品的宽度和厚度。5.6.2 样品制备试验样品应按以下要求制备za) 在双极板上截取100mmXl伽m的矩形材料作为测试试样，或按照测试要求确定尺寸。b) 调整万能试验机的跨距，使支

20、座跨距小于样品的长度。c) 样品表面应光洁、无划痕和破损。5.6.3 测试步骤按照以下步骤测试样品的弯曲强度:a) 测量样品的宽度和厚度，精确到0.02mm。b) 按照GB厅13465.2-2002中的规定进行抗弯强度测试。(9) c) 压头以lmm1min3mm1min的加载速度均匀且无冲击地施加负荷，直至试样断裂，读取断裂负荷值。d) 取5个样品为一组，计算出算术平均值作为试验结果。5.6.4 结果计算双极板弯曲强度按公式(10)计算z7 NB I T 42007 - 2013 式中z一一弯曲强度，MPa; P一一断裂负荷值，N; L一一支座跨距，mm; b一一试样的宽度，mm; s一一试

21、样的厚度，mmo 5.7 拉伸强度测试5.7.1 测试仪器试验中使用的仪器及精度要求如下:3PxL =一-一-2bxL. a) 万能试验机z能满足本标准试验要求的试验机，测量精度不低于0.5级。b) 游标卡尺z精度为0.02mm，用于测试样品的宽度和厚度。5.7.2 样晶制备试验样品应按以下要求制备z(10) a) 在双极板上截取70mmXIOmm的矩形材料作为测试试样，或按照测试要求确定样品尺寸。b) 试样标距为50mm。c) 表面应光洁、无划痕和破损。5.7.3 测试步骤按照以下步骤测试样品的拉伸强度:a) 在试样标距内测量试样的厚度和宽度，准确到0.02mm。b) 将试样夹入试验机的夹具

22、上，先装入试验机上端，自然下垂，再夹入试验机下端。c) 夹紧夹具，以防止试样在拉伸过程中滑脱或断裂在夹具内。d) 启动试验机，以3mm1min-7mm1min的速度拉伸，记录试样断裂时的负荷值。e) 试样断裂在标距之外的部位时，此试验无效，应另取试样重做。f) 取5个样品为一组，计算出算术平均值作为试验结果。5.7.4 结果计算双极板拉伸强度按公式(11)计算:式中zq一一拉伸强度，MPa; P一一-断裂负荷，N; b一一试样的宽度，mm; 6一一试样的厚度，mmo 5.8 抗压强度测试5.8.1 测试仪器试验中使用的仪器及精度要求如下:a) 万能试验机:能满足本标准试验要求的试验机，测量精度

23、不低于1级。b) 游标卡尺z精度为0.02mm，用于测试样品的宽度和厚度。5.8.2 样品制备试验样品应按以下要求制备:(11) a) 在双极板上截取10mmX10mm的矩形材料作为测试试样，或按照测试要求确定样品尺寸。8 NB I T 42007 - 2013 b) 表面应光洁、无划痕和破损。5.8.3 测试步骤5.8.3.1 试样检测和计算方法如下:a) 长度检测:沿试样表面横向测3次，取其平均值。b) 宽度检测:沿试样表面纵向测3次，取其平均值。c) 用测得的长度和宽度，计算受压面积。5.8.3.2 以指定的受压面，将试样放在试验机工作面中心处，试样周围有一个保护套，防止试样破裂时碎片飞

24、出。5.8.3.3 启动试验机，以每秒l.OkN1.5剧的加载连续、均匀、无冲击地施加载荷，直至试样破坏，读取试样破坏载荷值。注2试验机压头位移值应小于样品厚度。5.8.3.4 取5个样品为一组，计算出算术平均值作为试验结果。5.8.4 结果计算双极板抗压强度按公式(12)计算:P . -一-C A (12) 式中:吼一一抗压强度，MPa; P一一载荷极限值，N; A一一试样的受压截面积，mm20 9 NB/T 42007一2013参考文献IJ GB厅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10 关注我.关注更多好书155123.1664 上架建议z规程规范/电子技术简Y剖开涂层蛮韭j真伪的FON-hOON守同、闺Z 中华人民共和国能源行业标准全饥液流电池用双极板测试方法NB I T 42007 - 2013 * 中国电力出版社出版、发行(北京市东城区北京站西街19号100005 http:/)北京九天众诚印刷有限公司印刷* 2013年10月第一版2013年10月北京第一次印刷880毫米X1230毫米16开本0.75印张22千字印数0001-3000册* 统一书号155123 1664 定价9.00元敬告读者本书封底贴有防伪标签，刮开涂层可查询真伪本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换版权专有翻印必究