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该国标中对双极板的性能表征提出了12个参数(详细区分材料和零部件的表征差异),分别为:
一、双极板材料基体致密性。
表征的输出方式是测试不同压力差(△P)下的透气率,最终绘制出(△P)与透气率的关系曲线,其中透气率为双极板材料的单位时间、单位面积的气体透过率、单位为立方厘米每平方厘米每秒(cm)³ /c㎡•s。主要用于说明极板材料在可能的压力工作情况下可能发生的气体泄漏情况。概念与第6项一致,但表征意义与第6项不同,仅限于极板中选择的材料。
二、正极板材料的抗弯强度。
单位是表示材料弯曲和不断裂极限参数的MPa。主要考虑双极板在组装时和后续工作情况下是否会因面临的压力而损坏等情况。
三、双极板材料密度。
单位:g/cm³。这没什么特别的。是与材料质量相关的基本表征参数。这里引入该表征的意义在于为最终电反应堆或系统的质量功率密度服务。
四、双极板材料电阻。
这里实际上有两个表征参数,一个是体电阻率,单位:单位是毫米(m·cm);另一个是接触电阻,单位:毫升(mº)。表示材料的导电性和材料与炭纸的接触电阻。
五、双极板材料腐蚀电流密度。
单位:每微安平方厘米(pA/c平方米);非常非常重要的参数,用于表征极板材料的抗腐蚀能力,结合昨天石墨板和金属涂层的工艺来理解,有涂层的产品该如何表征?
六、双极板零件机体致密性。
这是结合第一种材料的气体致密性来理解的,算出的表征图表与第一项一致,只是侧重于表征双极板这一产品的性能。
七、双极板电阻降(压力降)。
单位是兆帕(MPa),表示△P。最终需要输出不同流速下的△P曲线。值得注意的是,燃料钢(一般指氢)和氧化炼钢(一般指氧)各自不同的流速下压降曲线,这是堆后控制背压的基本计算依据,这一性能取决于昨天内容中提到的油藏设计和极板表面处理效果。
八、正极板面积利用率。
这个参数也可以比较好地理解为极板电场局部面积与极板面积之比,是无量纲的。这个参数对于计算或管理组堆后的功率密度很有用。其中,极板面积、电流密度、单电池功率密度之间的关系我们以前在文中描述过。这里不再说明了。
九、正极板零件厚度的均匀性。
为了实现无量纲的相对厚度偏差,主要测量正极板等部分的厚度均匀性,沟槽部分的不在考虑范围内,这个值会影响接触电阻及气体分布均匀性等,会导致气体短路等缺陷,这个参数也很重要。
十、正极板零件的平面图。
零件的最高“伸出项”值与最深“凹”值之差,正极板的最大值与最小值之差,单位为微米(μm)。同样,厚度的均匀性一样,只关注零件的背部,不关注凹槽部分。但表征的含义和厚度的均匀性比较不同。表面度不好除了对厚度均匀性有相似的影响外,还影响组堆后的气密性、组堆锁定后的双极板应力不均匀等潜在问题。
十一、双极板零件的重量。
这里使用了重量比的概念,即每克平方厘米,单位为(g/c平方米);该参数用于成组堆设计,作为计算质量功率密度的基本依据。
十二、双极板零件电阻。
虽然类似,但与第4项的材料接触电阻概念有所区别。区别在于,该参数是基于双极板产品的采样,第4项是基于加工极板的材料采样。在线性方面,该参数有更直接的意义,这两个参数是电堆的重要参数,体电阻率表征极板的导电性,接触电阻是基于标准碳素纸和电极的综合参数。
通过上面的整理解释,虽然看起来比较完善,但仍有很多未尽事宜,如材料的热导率、导流结构和导流轮廓、涂层的厚度和附着力(结合强度)、涂层的接触电阻和体电阻&腐蚀电流等的表征方式需要改变。据此,2021年5月又出现了新的补充单表T/CAAMTB XX-XXX《质子交换膜燃料电池金属双极板试验方法》,该单表目前处于征求意见阶段,而该单表只针对金属双极板的补充,下面对补充板的单表进行进一步解读。