GB T 31886.1-2015 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1部分 空气中杂质.pdf

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1、道雪ICS 27.070 K 82 中华人民共和国国家标准GB/T 31886.1-2015 反应气中杂质对质子交换膜燃料电池性能影晌的测试方法第1部分:空气中杂质Test method about the influence of gaseous contaminants in reaction gon the performance of proton exchange membrane fuel cells -Part 1 : Gaseous contaminants in air 2016-04-01实施2015-09-11发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管

2、理委员会d在啊，旨，严?岛吨/H喝才叫川JmA二二军【一ofm-? 3?t Aiehu-宅444JT丛Teu川fhth民GB/T 31886.1-2015 前言GB/T 3188699.9%)、氧化剂为空气的质子交换膜燃料电池单电池(以下简称燃料电池勺，适用本标准所述测试方法的空气中杂质气体的体职分数不低于1L/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，仅注目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 3095-2012 环境空气质量标准GB/T 5274气体分析校准用混合气体的制备称量法GB/T 52

3、75.10气体分析动态体棋法制备校准用混合气体第10部分z渗透法GB/T 3634.2-2011 氢气第2部分z纯氢、高纯氢和超纯氢GB/T 20042.1-2005质子交换膜燃料电池术语GB/T 20042.5 质子交换膜燃料电池第5部分z膜电极测试方法GB/T 28816-2012燃料电池术语3 术语和定义3.1 3.2 3.3 GB/T 20042.1-2005、GB/T28816-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。洁净空气cl崎n创r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

4、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%.平衡气为氯气。空气中杂厨气体gaseous contaminants in air 空气中所含的极少量(体积分数不超过0.1mL/L)便可造成燃料电池性能明显降低的气体组分。注z本标准适用空气杂质气体为S02和NOzo燃料电池申毒Cuel cell poisoning 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.1 GB/T 31886.1-2015 3.4 毒化操作poisoning operation 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

5、针对燃料电池。注2:本标准中杂质特指空气中杂质.4 测试平台及仪器仪表要求4.1 燃料电池副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2一一燃料电池温度控制单元z对燃料电池进行精确的温度控制s反应气流量、压力控制单元及温度、湿度控制单元z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F尾气处理单元z实现尾气的安全排放z一一-恒电流电子负载z对燃料电池进行恒电流加载运行。数据采集单元z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15. 测试平台流程示意图中，其氧化剂流路由洁净空气主流路及杂质空气支流路构成，杂质空气支流路于A点

6、(从A点至燃料电池空气人口段管路长度不超过10cm)接入的洁净空气主流路。杂质空气支流路管路应选用对S02、NOx等气体组分无吸附或改性作用的材质，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S02、NOx等气体组分的吸附或政性。测试平台流程示意圈中燃料电池指燃料电池单池。测试台县:11 .-一一| 温度I : i 茶页寸1i 1 际E百万L一一一Id单元Ii i 时ll啤旦l-JfJJJ! 活民UEI孔面l_r百只斗尾气空气源fT:四世主J-出盟主J:A l酬l国且川排放1 1 I 电池I 喃3万I I+尾气盟主豆IL.旦旦且1-;-111.里呈豆J! -排放控制:!1 T : 多

7、数; ,.l.L_ : |品:二些:i:流I! lAL十二些斗负载Ii 圄1测试平台流程示意圈4.2 测试用仪表精度要求测试中(实验输出参数测量值的精度要求应该满足表1的要求。2 , G/T 31886.1-2015 表1测量精度要求测试项目精度要求备注电压(V)土1%按最大预期值计电流(A)土0.5%按最大预期值计流量(mL/min)运士2%按最大预期值计压力(kPa)士3%按最大预期值计温度(C)士1c 制时价飞3%i接相对误差计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测试仪器和设备的规定，提供待测燃料电池基本信息如下z一一样

8、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;一一流场板采用蛇形流场的纯石墨板z一一集流板采用镀银或镀金处理的不锈钢板z燃料电池制造商提供阴阳极催化层铀担量。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)及目标杂质浓度(CXd); 一一一燃料电池的运行温度:75.C I 一一测试电流密度分别为:200mA/cm2、500mA/cm2和800mA/cm2; 一一燃料电池测试过程中的最低电压(Urrn)10.3 V; 一一最长毒化时间(tdmax): 10 h; 一一氢气化学计量比为1.2，相对湿

9、度为100%，出口背压为oMPa; 一一-空气化学计量比为2.5，相对湿度为100%，出口背压为oMPa; 一一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 反应气体准备本标准采用稀释的方法得到杂质气体体积分数为CXd的空气。通过配制杂质气体体积分数为Cxo的空气，并将其按一定的稀释比例与洁净空气相混合，从而达到燃料电池制造商指定的测试所采用的含杂质气体的体积分数。含杂质气体的空气稀释后，其杂质的体积百分比为稀释前的1%-5%。稀释前空气中杂质气体的体积分数(Cxo)的计算如式(1):CXo =cxd/d . ( 1 ) 式中zCx。一一稀释前

10、空气中杂质气体的体积分数sCXd 燃料电池制造商指定的测试所采用的杂质气体的体积分数zd一一稀释比例，即稀释后与稀释前杂质体棋分数比。3 GB/T 31886.1-2015 燃料电池测试方应依据制造商指定的杂质气体的体积分数(CXd)，选定适当的稀择比例(d)，依据式(1)计算应配制的空气中杂质气体的体权分数(Cxo)。本标准中测试所应准备的燃料为纯氢，氧化剂为洁净空气及杂质气体体棋分数为Cxo的空气。纯氢z准备足量满足GB/T3634.2-2011中要求的高纯氢气以上品质的氢气作为测试所需的纯氢气源。洁净空气z依据GB/T5274或GB/T5275.10中的规定配置足量洁净空气(氧气体积分数

11、范围不超出21%土0.2%)，作为测试所需捕净空气掘。含杂质气体的空气z依据GB/T5274或GB/T5275.10以及式(1)计算的结果，配置足量仅含选定杂质气体(X)且体租分数为Cxo的含杂质气体的空气，作为测试所需含杂质气体的空气源。5.4 洒试样晶鼓量及要求样品数量z至少9个(每项测试样品不少于3个)。要求z同一批次抽样的样品，确保其结构相同，性能可比。6 测试方法6.1 总则本部分给出了空气中含杂质气体对燃料电池性能影响的测试方法，本测试应在圈1所述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个样晶进行测试，每个样晶测试一次。本测试过程中，全程监测并记录

12、燃料电池电流及电压随时间的响应值，测试报告中涉及的数值报告部分应给出相关样品测试结果的范围区间及平均值。6.2 测试步骤6.2.1 摄述本测试由稳态运行阶段、毒化阶段及恢复阶段楠戚，如图2所示。待测燃料电池样品应奄少进行200 mA/cm2、500mA/cm2、800mA/cm2三个电流密度条件下的测试。-佳能衰减曲线回剧创i 一二二一一一一一一一-一一一一一一)一- 1且1雨，1 I I lL-U., I U，=-吗-;-且-XlOO%、久，;稳态!l 阶段:一一每化阶段二一一t. 1，、严一一-udI 一+恢复阶段时间/miR圈2副试过程示意圄4 . . GB/T 31886.1-2015

13、 6.2.2 稳菇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，处于该状态下的燃料电池电压最大波动范围不超出士15mV，任意2min内电压平均值差异不超过2mV.记录此时的洁净空气进气流量(Q.)，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儿，结束时间为tb.6.2.3 毒化阶段6.2.3.1 毒化阶段开始在燃料电池稳态阶段完成后，调节洁净空气流量为Q.!并同步提人杂质空气，流量为Qa1.其余操作条件不变，维持燃料电地恒电流继续运行，进入燃料电池毒化阶段，其中，洁净空气进气流量(Qa1)及杂质空气进气流量(Q与

14、设定的空气总进气流量(Q.)关系如式幻、式(3);式中zQa1 = Q. X (1 - d) Q a1 = Q. X (1-d) Q.I一一毒化阶段的洁净空气进气流量;Q.f一一毒化阶段的杂质空气进气流量FQ.一一稳态阶段的洁净空气进气流量zd 杂质空气稀释比例。6.2.3.2 毒化阶段结束.( 2 ) . ( 3 ) 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儿。结束条件如下za) 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.该区域内的燃料电池电压最大波动范围不超出士15mV，任意2min内电压平均值差异不超过5mV, b) 燃料电池电

15、压值达到最低运行电压(Umin)O.3V, c) 燃料电池运行至最长毒化时间(tclmax)10 h. 6.2.4 恢复阶段毒化阶段结束后将燃料空气再次切换为洁净空气继续测试5h.对燃料电池恢复进行验证(该切换过程中燃料电池不得卸载及停机).6.3 数据处理6.3.1 概述本标准为恒电流测试，在判别毒化前后燃料电池的性能时，依据电压的变化作为参考依据。通过本测试的数据，可以计算得到稳态期间的平均电压、毒化后的平均电压、平均毒化时间以及衰减幅度。6.3.2 稳态性能燃料电池样品i在稳态运行阶段内电压的算术平均值按式(的计算，用于表征燃料电池的稳态性能zUw=72UM ( 4 ) 5 GB/T 3

16、1886.1-2015 式中zn 一一测试的燃料电池样品数量:Uwi 样品i的稳定状态阶段平均电压，单位为伏(V);Uw一一所有样品的平均稳态电压，单位为伏(呐。6.3.3 毒化后燃料电池性能燃料电池样品i于毒化阶段结束时所达到的电压值，用于表征样品i毒化后的燃料电池性能，将不同样品的Udi按式(5)进行算术平均计算可得到毒化后的平均性能z百4-t乞U缸. ( 5 ) 式中zn 一一测试的燃料电池样品数量FUd; 样品i毒化后燃料电池的电压，单位为伏(V); Ud一一所有样品的平均毒化后电压，单位为伏(呐。6.3.4 平均毒化时间(t (be) 取燃料电池样品i运行于tb和tc间的时间差t;(

17、bc)为样品i的毒化时间，将不同样品的t;按式(6)进行算术平均计算可得平均毒化时间t(bc) : 式中zn 一一测试的燃料电池样品数量，t (00) =一一/ t ;(00) ni= ti(oo)-一燃料电池样品t的毒化时间，单位为分(min)I t (bc)-一燃料电池平均毒化时间，单位为分(min)。6.3.5 衰就幅度Au ( 6 ) 取燃料电池样品i的稳态电压Uwi、毒化后电压Udi按式(7)进行计算可得样品i衰减幅度Ui:6 (U回-UAzhzU由x100% 式中zUi一一样品i衰减幅度.%;Uwi一一样品i的稳态阶段平均电压，单位为伏(V); Udi一一样品i毒化后的电压，单位为

18、伏(V)。将不同样品的Ui按式(8)进行算术平均计算可得燃料电池平均衰减幅度U:式中zn 一一测试的燃料电池样品数量zU;一一样品t中毒衰减幅度.%;U一一所有样品的平均衰减幅度.%。=tz凶t.( 7 ) .( 8 ) GB/T 31886.1-2015 6.3.6 性能衰球曲线将燃料电池样品i于tb-tc段运行过程中电压作为纵轴，相对时间作图(以tb为时间零点)，可得出样品i的毒化性能衰减曲线，不同样品的毒化性能衰减曲线应绘制于同一圈中。通过比较不同燃料电池样品的性能衰减曲线，可以粗略分辨出不同燃料电池样品的抗毒化性能。6.3.7 怯复比例燃料电池样品i，在完成6.2.4恢复阶段测试后，对

19、结束时刻前5min内燃料电池电压数据取算术平均值，并将其与稳态性能(Uw)相比，得到恢复百分比，计算如式(9): /iUri =Uri/ U嗣Xl%. . ( 9 ) 式中z/iUri-样品i恢复的恢复比例，比Uwj一一样品t的稳态阶段平均电压，单位为伏(V); Uri一一样品t恢复阶段测试结束时刻前5min内的燃料电池平均性能，单位为伏(V)。7 测试报告质子交换膜燃料电池制造商可利用本标准对其产品抗空气杂质毒化性能进行评价，测试报告应包括以下信息za) 燃料电池基本信息及制造商名称;b) 详细测试条件以及测试过程与结果;c) 测试方需备注表明的其他信息。测试报告可参照附录A给出的格式编写。

20、7 GB/T 31886.1-2015 附录A(资料性附录测试报告空气中杂质气体对燃料电池性能影响的测试报告，可参考表A.l给出的模板进行编写。表A.1空气中杂质对燃料电池性能影晌测试报告制造商名称=燃料电池类型s创造时间s年月割试时间s年月引用标准编号，GB/T31886.1-2015 燃料电池额定工作电压sV土V额定工作电流=A士A样品参数额定功率gw 活性面飘gcm2 空气中杂质类型，配气体叙分数，稀释比例g燃料电池温度g 电流sA 四最低运行电压2V 最长测试时长sh 试压力/kPa 流量/(L.min-1) 相对湿度/%条件空气氢气翻测试开始时间t., 毒化起始时间tbI 试测试结束

21、时间to:过回试结束满足条件g程口达到平台区口达到最低运行电压口达到最长诩试时长A.稳态性能UwI V A 测B.毒化后性能Ud: V A 试c.毒化时问t(bc) : mm 结D.衰减幅度u:% 果E.恢复比例U.: % 恢复后电压sV(恢复5h后电压8 GB/T 31886.1-2015 表A.l(续)F.性能衰减曲线附图-性能衰减曲线1比U. U. U; -:;:;一-旦Xl%lf咄测试结果国同窗稳态i盼画l七一毒化阶段t也t恢复阶段, a t b t c 时间/min性能衰减曲线示意图备注9 mFON|二FmH阁。华人民共和国家标准反应气中染质对属于交换膜燃料电池性能影晌的测试方法第1部分z空气中杂质GB/T 31886.1-2015 国中锋中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号。00029)北京市西城区兰旦河北街16号(10004日网址总编室，(010)68533533发行中心，(010)51780238读者服务部，(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销铸开本880X1230 1/16 印张1字数18千字2015年9月第一般2015年9月第次印刷铸K号，155066. 1-50655 18.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价GB/T 31886. 1-2015