质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用可再生的能源资源-氢气，是一种绿色、清洁、高效、可持续发展的一种新能源动力技术，在航空航天、汽车和能源等行业具有广泛的应用。质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池中最重要的部件之一，随着燃料电池的不断发展，对质子交换膜性能的要求也逐渐升高，根据GB/T 20042.3-2022《质子交换膜燃料电池 第3部分：质子交换膜测试方法》，质子交换膜需要开展的测试项目包括透气率、拉伸性能、180°剥离强度、厚度、质子传导率、离子交换当量等测试项目。本文聚焦燃料电池质子交换膜的透气率测试，对其测试方法和相关设备进行了介绍。
关键词：质子交换膜燃料电池 ; PEM ; 质子交换膜测试方法 ; 透气率测试
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种不经过燃烧，直接将燃料氢与氧反应的化学能转化为电能的一种发电装置，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜的功能是传导质子（H+)，同时将阳极的燃料与阴极的氧化剂隔离开。在质子交换膜的高分子结构中，含有多种离子基团，只允许氢离子H+穿过，其它离子、气体及液体均不能通过。具有能量转化效率高、发电时不产生污染、结构简单、维修方便、无污染等特点。
PEMFC 工作原理
质子交换膜透气率测试方法
透气率的定义为恒定温度和单位压差下，稳定透过时，单位时间内透过试样单位面积的气体的体积，主要用于考察气体在质子交换膜中的渗透性能。严格限制质子交换膜的透气率上限，避免小穿孔窜漏量过大，是避免热失控危险的重要保证。GB/T 20042.3-2022规定了使用压差法进行质子交换膜的透气率测试。压差法透气率测试对于测试气体没有选择性，对不同测试气体有着很好的通用性。随着检测仪器技术的进步，设备的检测精度和测试数据的重复性具有很好的保证。
测试仪器
我司N530 2.0 气体透过率测定仪基于压差法原理设计、制造，测试过程中将处理好的样品放于仪器的上下腔之间，将仪器的高压腔和低压腔分离，利用真空泵对整个气路系统进行抽真空，高压腔和低压腔同时抽真空至10Pa以下。然后往上腔加入一个大气压的实验气体使上下腔之间形成一个恒定的压差。在压力梯度的作用下，气体通过测试样品从高压腔渗透到低压腔，仪器通过监测下腔的压力变化可自动计算出试样的气体透过率、气体透过系数等阻隔性能参数。
N530 2.0 气体透过率测定仪
N530 2.0 气体透过率测定仪配备 3 个腔体，每个腔体配置独立的传感器和温度控制单元，支持三个相同或不同试样同步测试，运行独立，数据独立，仪器全自动操作，一键测试，自动判断，自动停机，测试效率高。采用自动保压差技术，自动保持试样两侧的压力差（保压压差可任意调节），内置高精度压力传感器，分辨率达 0.01 Pa，稳定性好，故障率低；采用真空泵，极限压可达 0.1 Pa，抽真空效率高、噪音低；同时采用全新气动气路控制系统，自动夹具一键式锁紧试样，便捷省力。可测试O2、CO2、N2、H2等气体透过率。广州标际提供定制服务，满足客户对测试气体、压力、温度、安全性等方面的不同要求。
质子交换膜燃料电池作为一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，其关键零部件的性能直接关系到电池的使用稳定性和可靠性，对燃料电池堆的整体性能起着决定性的影响，因此通过利用压差法气体透过率测定仪来测定质子交换膜的透气率，对于把控燃料电池的质量以及工艺的改进、优化具有重要的意义。
