【摘要】 详解质子交换膜核心测试指标：气体透过率检测、力学强度测试与厚度控制方法，附GBT 20042.3等国家标准技术要点及行业发展趋势

质子交换膜燃料电池（PEMFC）凭借低温运行、快速启动和高功率密度等优势，已成为新能源汽车及固定发电领域的理想能源方案。作为电池核心组件，​质子交换膜不仅为质子传输提供通道（厚度仅18-50微米），还承载催化剂活性物质，其性能直接影响燃料电池的效能与寿命。

图1. 某质子交换膜的SEM图[1]

我国已建立完善的质子交换膜测试标准体系，包括：

  • 《GBT 20042.3-2022 质子交换膜燃料电池第3部分: 质子交换膜检测方法》
  • 《GBT 20042.7-2014 碳纸特性检测方法》
  • 《GB/T 20042.5-2009 膜电极检测方法》

 

一、气体透过率检测（氢气阻隔性）

质子交换膜的核心功能是隔离氢氧气体，防止直接反应。​气体透过率​（透气率）是关键指标：透过率过高将导致燃料渗透，降低电池开路电压。标准测试需严格遵循GBT 20042.3对氢气阻隔性能的要求。

 

二、力学强度测试

质子交换膜的机械稳定性决定电池堆寿命，重点检测三项：

1.​拉伸强度：抗形变能力

2.断裂拉伸应变：延展性极限

3.​180°剥离强度：催化剂层结合力

依据GBT 20042.3标准，力学测试需在恒温恒湿环境进行。

 

三、厚度精准控制

膜厚度（18-50μm）直接影响：

✅ 质子传导阻力：过厚降低输出效率

✅ 水反向扩散：薄膜增强电流密度

✅ 机械安全性：过薄易穿孔失效

建议使用激光测厚仪进行质子交换膜厚度测试，精度需达±0.1μm。

 

行业发展趋势

随着燃料电池功率提升，​质子交换膜测试标准持续细化。除基础参数外，以下性能研究成为热点：

? 水传输率优化

? 溶胀率控制

? 电渗系数平衡

通过膜材料改性​（如复合膜技术）和制备工艺升级，可显著提升综合性能（文献案例：Nafion/BN复合膜研究）。

 

参考文献：[1]陈泰朴,孙树成,郝金凯,邵志刚.高温质子交换膜水电解用Nafion/BN复合膜的制备与性能研究[J].电源技术,2024,48(05):895-900.

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。