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深入了解燃料电池用碳纸的力学性能——碳纸弯曲、剥离力学性能的测定

 更新时间:2023-04-23 点击量:439


随着对环保和可再生能源需求的不断增加,质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种新型绿色能源,日益受到人们的关注和重视。作为PEMFC的核心组件之一,膜电极组件(MEA)中的气体扩散层(GDL)起着重要作用。而碳纸作为GDL的一种常用基材,具有高导电性、耐腐蚀性和出色的尺寸稳定性,因此备受研究者和生产厂家的青睐。

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其中,常用的 GDL 基材主要有: 碳纸碳布、炭黑纸、金属材料等,其中碳纸因其具有高导电性、耐腐蚀性及其出色的尺寸稳定性,是作为 GDL基材的理想材料。

本文科准测控小编将介绍碳纸强度性能的检验方法--碳纸材料进行三点弯曲和 180°剥离强度测试

一、测试目的

了解碳纸强度性能的检验方法对于开发和规模化生产具有重要意义,因为具有较好强度的碳纸不仅可以为MEA的安装提供保障,还可以稳定整个电极的结构,延长燃料电池的使用寿命。

二、测试标准

GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池第7部分碳纸特性测试方法》

三、测试办法

1、碳纸三点弯曲测试

1)测试仪器

A、万能试验机

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B、三点弯曲夹具

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2)试验条件

试验温度:室温20C左右

试验夹具:1KN 塑料三点弯曲夹具

载荷传感器:50N (0.5级)

试验速率:5mm/min

3)测试过程及结果

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本次测试中宽度为5mm,试样平均厚度为0.18 mm,参考《GB/T20042.7-2014 质子交换膜燃料电池第7部分碳纸特性测试方法》的部分要求和客户的个性需要,碳纸三点弯曲试验选择1KN 塑料三点弯曲夹具,上下支辊半径5mm,下跨距设定为 60mm。根据碳纸轻薄脆弱的特点和客户要求,设定预加载为0.01N,随后以5 mm/min 的速度开始加载直到载荷值掉落,测试结束后获取断裂点载荷,并通过编辑公式获取抗弯强度。

抗弯强度计算公式如下:

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式中

To- 抗弯强度,单位为兆帕(MPa);

F-弯曲断裂负荷值单位为牛(N);

L-支座跨距,单位为毫米(mm);

Wcp- 试样的宽度,单位为毫米(mm);

d-在一定压强下,样品的平均厚度,单位为毫米(mm)。

 

2、碳纸 180°剥离测试

1)测试仪器

A、万能试验机

B、180°剥离夹具

2)试验条件

试验温度:室温20°C左右

试验夹具:1KN气动双推夹具

载荷传感器:100N (0.5 级)

试验速率:10 mm/min

3)测试过程及结果

image.png 

剥离试样碳纸本体厚度为0.18 mm,宽度为 10 mm,根据碳纸本身特性和碳纸客户的要求,测试选用1KN气动拉伸夹具来完成拉伸测试。上夹具夹住胶带引出端,下夹具夹住基板下部。根据碳纸轻薄脆弱的特点,设定预加载为 0.005 kef,然后以10 mm/min,设定到胶带从碳纸上完成剥离。记录下一定行程中碳纸的平均载荷与剥离强度。其中剥离强度(kgf/cm)=剥离平均载荷(kgf)/剥离宽度 (cm)。

 

总结

综上所述,使用万能试验机,配合专用夹具和附件,能够满足《GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池 第7部分碳纸特性测试方法》的部分要求和行业客户的测试要求,配合三点弯曲.180°剥离各种不同的夹具与附件,可以满足客户对碳纸进行抗弯,抗剥离强度测试的需要。

 

以上就是小编介绍的燃料电池用碳纸弯曲、剥离力学性能的测定内容,希望可以给大家带来帮助!如果您还想了解更多关于燃料电池用碳纸拉伸压缩测试、专用碳纸的制备和性能测试等问题,欢迎您关注我们,也可以给我们留言和私信,科准测控技术团队为您免费解答!