一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法

本发明涉及耐久性的测试评价方法，尤其涉及一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法。

背景技术：

1、为了实现可持续发展，开发风能、水能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能等绿色能源已成为全球关注的焦点。然而，大多数可再生能源的间歇性、随机性和波动性导致了重大问题，包括风能、太阳能和水资源的减少。氢能作为一种高能量密度(140mj/kg)的清洁能源，是未来能源革命的突破性技术。

2、电解水制氢是一种有效的制氢方式，目前占全球制氢规模的4％以上。质子交换膜电解制氢是将电能直接转化成化学能的装置，具有效率高、工作电压宽、氢气纯度特别高(99.999％)等优点。

3、质子交换膜电解池双极板成本占据整个电池成本的一半左右，而且其所处环境比燃料电池更苛刻。准确、便捷预测双极板寿命，对于双极板选材、表面防护等方面具有重大意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，为准确、便捷预测双极板的寿命，本发明提供了一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其通过采用质子交换膜电解池加速腐蚀测试系统对双极板耐久性进行测试，可以准确、便捷地预测新开发的双极板材料或者表面处理的极板的服役寿命，通过引入基准样本，利用其基准寿命，外推得到特定加速条件下的寿命，提高了测试方法对待测样品寿命预测的准确度，根据耐久性指标来设定终止指标，可以根据实际测试工况选取耐久性指标的终止指标，更为准确地将实际寿命与预测寿命相结合。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，包括如下步骤：

4、i：搭建质子交换膜电解池加速腐蚀测试系统；

5、ii：确定双极板耐久性评价指标并预设终止指标；

6、iii：对基准样品进行实际质子交换膜电解制氢工况下下的原位测试，当耐久性指标达到终止指标时，取其寿命为t0；

7、iv：对基准样品进行加速测试条件下的离位测试，离位监测耐久性指标的变化情况，达到终止指标的时间为加速寿命ta；

8、v：计算得到加速测试条件的加速比，k＝t0/ta；

9、vi：根据所得加速比外推得到双极板在加速条件下的预测寿命tc＝ktb，其中，tb为双极板在加速测试条件下耐久性指标达到终止指标的时间。

10、优选地，所述质子交换膜电解池加速腐蚀测试系统包括：

11、电化学工作站；

12、上位机，其与所述电化学工作站相连，用于实时观察记录测试结果；

13、腐蚀电解池，其用于盛装待测溶液，其内设置有分别与所述电化学工作站相连接的辅助电极、工作电极和参比电极；

14、气瓶，用于向所述待测溶液中鼓入气体；

15、恒温水槽，用于维持所述待测溶液的温度；

16、温度传感器，用于监测所述待测溶液的温度；

17、电导率传感器，用于监测所述待测溶液的电阻率。

18、优选地，还包括：

19、多通道无纸记录仪，用于记录所述温度传感器和所述电导率传感器传输的所述待测溶液的温度和电导率的实时变化信息。

20、优选地，所述腐蚀电解池的材质为聚四氟乙烯。

21、优选地，所述辅助电极为铂网，所述参比电极为饱和甘汞电极或银/氯化银电极。

22、优选地，所述耐久性评价指标包括：双极板接触电阻、双极板接触角、溶液离子浓度、溶液电导率、低频阻抗模值、最大相位角、极化电阻、电荷转移电阻、氧化层厚度、氧化层孔隙率和载流子浓度中的至少一种。

23、优选地，步骤iv中，加速测试条件包括稳态电压、稳态电流、波动电压、波动电流和光伏发电工况。

24、优选地，步骤iv中，在进行离位测试时，提前设置恒温水槽温度以使腐蚀电解池内部待测溶液满足测试温度。

25、本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

26、1)本发明采用加速腐蚀测试的方法来对质子交换膜电解池双极板耐久性进行测试，可以准确、便捷地预测新开发的极板材料或者表面处理的极板的服役寿命，可以显著降低原位测试高额经济、时间成本；

27、2)通过引入基准样本，利用其基准寿命，外推得到特定加速条件下的寿命，提高了测试方法对待测样品寿命预测的准确度；

28、3)本发明根据耐久性指标来设定终止指标，可以根据实际测试工况选取耐久性指标来设定终止指标条件，更为准确地将实际寿命与预测寿命相结合。

29、4)本发明可以同时测量多个耐久性指标，可以更加全面、快捷评估测试体系的变化规律。

技术特征：

1.一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，所述质子交换膜电解池加速腐蚀测试系统包括：

3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求2所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，所述腐蚀电解池的材质为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求2所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，所述辅助电极为铂网，所述参比电极为饱和甘汞电极或银/氯化银电极。

6.根据权利要求1所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，所述耐久性评价指标包括：双极板接触电阻、双极板接触角、溶液离子浓度、溶液电导率、低频阻抗模值、最大相位角、极化电阻、电荷转移电阻、氧化层厚度、氧化层孔隙率和载流子浓度中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，步骤iv中，加速测试条件包括稳态电压、稳态电流、波动电压、波动电流和光伏发电工况。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，其特征在于，步骤iv中，在进行离位测试时，提前设置恒温水槽温度以使腐蚀电解池内部待测溶液满足测试温度。

技术总结
本发明提供了一种质子交换膜制氢电解池双极板耐久性的测试评价方法，属于测试评价方法技术领域。本发明包括如下步骤：I：搭建质子交换膜电解池加速腐蚀测试系统；II：确定双极板耐久性评价指标并预设终止指标；III：对基准样品进行实际质子交换膜电解制氢工况下的原位测试，当耐久性指标达到终止指标时，取其寿命为T
技术研发人员：骆鸿
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16