GB/T 20042.7-2024 质子交换膜燃料电池炭纸厚度与拉伸强度测试

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，其核心组件之一——炭纸（又称气体扩散层基材）在电池性能中起着至关重要的作用。炭纸的厚度均匀性和机械强度直接影响燃料电池的气体传输、电子导通以及整体结构稳定性。因此，对炭纸进行精确的厚度测试和拉伸强度测试，不仅是评估其质量的重要手段，也是确保燃料电池高效运行的关键环节。厚度均匀性决定了炭纸在电池组装中的一致性，而拉伸强度则反映了其在加工和运行过程中的耐久性。本文将由济南三泉中石详细阐述炭纸厚度测试和拉伸强度测试的方法及其重要性。

厚度测试：确保一致性的基础

炭纸的厚度直接影响燃料电池的气体扩散效率和接触电阻，因此厚度均匀性测试是炭纸质量控制的核心环节。为了获得准确的测试结果，需使用高精度的测厚设备，并在测试前进行严格的仪器校准。测试过程中，需确保测厚仪的零点校准准确，并在每次测量后复核零点，以避免误差累积。

在具体操作中，测试样品的面积应不小于100平方厘米，测量点至少为25个，且这些点需均匀分布在样品表面，以全面反映厚度分布情况。测试时，测厚仪的测量头应缓慢下降，施加在样品上的压强控制在25kPa，以此条件下的厚度作为初始厚度值。测量头的接触面积需大于1平方厘米，通常建议为2平方厘米，以确保测试的稳定性。此外，为防止样品受压变形或损坏，操作需轻柔且规范。使用的测试设备：三泉中石的CHY-HS燃料电池炭纸厚度测试仪，其高精度和稳定性能够满足严格的测试要求。

拉伸强度测试：评估机械耐久性的关键

炭纸在燃料电池的制造和运行过程中需要承受一定的机械应力，因此拉伸强度测试是评估其机械性能的重要方法。炭纸的拉伸强度反映了其在加工、组装及长期运行中的抗断裂能力，是确保燃料电池结构完整性的关键指标。

在拉伸强度测试中，首先需按照标准方法测量样品的平均厚度，以确保后续计算的准确性。样品裁剪成长条形，尺寸为70mm×10mm，并根据炭纸的纤维方向分为纵向和横向（若无明显方向性，可随机选择一个方向）。裁剪时需保证样品边缘平整，避免引入初始缺陷。

测试时，样品被固定在拉伸试验机的上下夹具之间，夹具中心线需与样品受力方向保持一致，确保样品在拉伸过程中始终处于同一平面。为防止样品在夹具处滑动或断裂，夹具内需衬垫橡胶等弹性材料，以提供均匀的夹紧力。拉伸试验以恒定的速率（10mm/min）进行，直至样品断裂。测试结束后，记录断裂时的负荷值，并计算拉伸强度。若样品在夹具附近（标线±5mm范围内）断裂，该数据视为无效，需重新测试。

每组测试需包含至少5个有效样品，以确保数据的统计可靠性。使用的测试设备：三泉中石的XLW-500N燃料电池炭纸拉伸强度测试仪，其精准的力学测量系统能够满足高标准的测试需求。

总结

炭纸作为质子交换膜燃料电池的关键材料，其厚度和机械强度的测试直接关系到电池的性能和寿命。通过规范的厚度测试，可以确保炭纸在电池组装中的一致性和气体传输效率；而通过拉伸强度测试，则能够评估炭纸在机械应力下的耐久性。这些测试方法不仅为炭纸的质量控制提供了科学依据，也为燃料电池的规模化生产和长期稳定运行奠定了基础，同时，能够进一步提升测试的可靠性和效率，为燃料电池技术的持续发展提供有力支持。