《質(zhì)子交換膜水電解制氫膜電極測(cè)試方法》

編制說(shuō)明

一、任務(wù)來(lái)源及計(jì)劃要求

上海氫銳科技有限公司負(fù)責(zé)編制的《質(zhì)子交換膜水電解制氫膜電極測(cè)試方法》

標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)源于2023年申請(qǐng)立項(xiàng)的中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制任務(wù)。本文

件由中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)歸口管理。

二、主要參加單位

上海氫銳科技有限公司、中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院、武漢理工大學(xué)、中國(guó)

科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、上海唐鋒能源科技有限公司、鴻基創(chuàng)能科技（佛山）

有限公司、山東賽克賽斯氫能源有限公司、北京科技大學(xué)、德凱質(zhì)量認(rèn)證（上海）

有限公司、懷柔實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院、南開(kāi)大學(xué)。

三、工作簡(jiǎn)要過(guò)程

2023年9月，成立了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)起草組（以下簡(jiǎn)稱：起草組），編制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研

方案及編寫(xiě)工作大綱。

2023年11月，起草組完成相關(guān)調(diào)研和資料收集工作，查閱了國(guó)內(nèi)外關(guān)于“質(zhì)

子交換膜水電解制氫膜電極測(cè)試”方面的相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)資料，以及國(guó)內(nèi)外關(guān)于

“質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極測(cè)試”方面的資料作為參考。

2023年12月，起草組組織討論會(huì)，并形成了標(biāo)準(zhǔn)的初稿。

2024年1月，起草組根據(jù)內(nèi)部討論意見(jiàn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)初稿做進(jìn)一步修改完善，

形成征求意見(jiàn)稿。

2024年2月，提交中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)，開(kāi)展公開(kāi)征求意見(jiàn)工作。

四、編制情況

1．標(biāo)準(zhǔn)介紹

該標(biāo)準(zhǔn)為方法標(biāo)準(zhǔn)，界定了質(zhì)子交換膜水電解制氫膜電極的測(cè)試方法。低能

1

耗、大電流密度、長(zhǎng)壽命是質(zhì)子交換膜水電解制氫產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，其主要取

決于核心部件膜電極的性能，因此膜電極性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

2．編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)編制原則如下：

a）標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件

的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草；

b）標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策要求；

c）對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平，與現(xiàn)行有效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致；

d）適應(yīng)我國(guó)質(zhì)子交換膜水電解制氫膜電極技術(shù)發(fā)展需求。

五、目的、意義或必要性

本標(biāo)準(zhǔn)涉及綠色制氫產(chǎn)業(yè)，具體為質(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)，該技術(shù)具有

能效高、氣體純度高、功率應(yīng)變性強(qiáng)等特點(diǎn)，是當(dāng)前綠色制氫發(fā)展的主流方向。

國(guó)家已明確氫能為國(guó)家能源戰(zhàn)略，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃

（2021-2035年）》——2025年初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利

用為主的氫能供應(yīng)體系。預(yù)計(jì)到2030年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占約為

5.5%，氫氣需求量3800萬(wàn)噸以上，我國(guó)電解槽裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)100GW，其中

PEM制氫占10~20%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)千億元，PEM水電解制氫市場(chǎng)前景廣闊。

膜電極是質(zhì)子交換膜水電解系統(tǒng)的核心部件，其電性能決定了水電解系統(tǒng)的

性能。然而，目前膜電極技術(shù)“百家爭(zhēng)鳴”、市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻尚不明確、產(chǎn)品電性

能等測(cè)試方法不統(tǒng)一、缺乏產(chǎn)品電性能衡量標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委等六部門(mén)聯(lián)

合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》，旨在充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氫能產(chǎn)

業(yè)發(fā)展的規(guī)范和引領(lǐng)作用。調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括《ISO22734:2019Hydrogen

generatorsusingwaterelectrolysis—Industrial,commercial,andresidential

applications》、《GB32311-2015水電解制氫系統(tǒng)能效限定值及能效等級(jí)》、

2

《GB/T37562-2019壓力型水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)條件》、《GB37563-2019壓力型

水電解制氫系統(tǒng)安全要求》、《T/CES175-2022質(zhì)子交換膜水電解制氫系統(tǒng)性能

試驗(yàn)方法》、《T/CAB0084-2021小型質(zhì)子交換膜水電解制氫系統(tǒng)》等，以上現(xiàn)有

標(biāo)準(zhǔn)主要界定了水電解制氫技術(shù)的基本要求和系統(tǒng)的技術(shù)要求，屬于對(duì)水電解制

氫技術(shù)整體框架的界定，缺乏對(duì)膜電極測(cè)試方法的規(guī)定。因此，十分必要開(kāi)展膜

電極測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制定，該標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于我國(guó)水電解制氫產(chǎn)品的質(zhì)量控制和

市場(chǎng)規(guī)范，對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

六、標(biāo)準(zhǔn)于同類標(biāo)準(zhǔn)主要差異

與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)的差異如下：

表1差異對(duì)照表

序號(hào)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)差異

《Hydrogengeneratorsusingwaterelectrolysis該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了模塊化或工廠匹

1—Industrial,commercial,andresidential配氫氣發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)、安全和性

applications》（ISO22734:2019）能要求，未規(guī)定膜電極檢測(cè)方法。

該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了水電解制氫系統(tǒng)

的能效限定值、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)

《水電解制氫系統(tǒng)能效限定值及能效等級(jí)》

2則等，適用于固定式或移動(dòng)式制氫

（GB32311-2015）

系統(tǒng)，其水電解槽結(jié)構(gòu)為雙極性、

壓濾式，不適用于PEM電解水槽。

該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了壓力型堿性水電

解制氫系統(tǒng)和PEM水電解制氫系

《壓力型水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)條件》

3統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)和定義、分類與命名、技

（GB/T37562-2019）

術(shù)要求、試驗(yàn)與檢測(cè)、標(biāo)志、包裝

等，未涉及膜電極檢測(cè)方法。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了壓力型水電解制氫

《壓力型水電解制氫系統(tǒng)安全要求》

4系統(tǒng)安全基本要求等。不涉及部件

（GB37563-2019）

測(cè)試方法。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了PEM水電解制氫系

《質(zhì)子交換膜水電解制氫系統(tǒng)性能試驗(yàn)方法》統(tǒng)產(chǎn)氫性能、電能消耗、熱回收、

5

（T/CES175-2022）效率、水消耗量、功率變載性能等

試驗(yàn)，未涉及膜電極檢測(cè)方法。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了PEM水電解制氫系

《小型質(zhì)子交換膜水電解制氫系統(tǒng)》（T/CAB統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)和定義、分類與命名、技

6

0084-2021）術(shù)要求、試驗(yàn)與檢測(cè)、標(biāo)志、包裝

等，適用于壓力不小于0.3MPa不

3

高于5MPa，單個(gè)電解槽氫氣輸出

量在標(biāo)準(zhǔn)狀況下不大于10Nm3/h

的PEM水電解制氫系統(tǒng)，未涉及

膜電極檢測(cè)方法。

七、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了質(zhì)子交換膜水電解制氫膜電極的術(shù)語(yǔ)和定義、測(cè)試儀器、測(cè)試

樣品與單電解池、測(cè)試方法和測(cè)試報(bào)告等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于各類質(zhì)子交換膜水電解制氫膜電極測(cè)試。

標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容包括：

1、貴金屬擔(dān)載量測(cè)試方法

使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測(cè)膜電極找貴金屬擔(dān)載量，應(yīng)列出催化

劑中所有貴金屬載量。同時(shí)采用X射線熒光光譜法作為補(bǔ)充，便于膜電極貴金

屬擔(dān)載量的批量、快速檢測(cè)，滿足膜電極貴金屬擔(dān)載量的無(wú)損檢測(cè)需求。

2、串漏率測(cè)試方法

用于檢測(cè)膜電極陰極向陽(yáng)極的串漏流量，為確保安全性應(yīng)使用氫氣作為檢測(cè)

氣體。

3、極化曲線測(cè)試方法

組裝好單電解池后，采取恒定電流方式進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)電流密度下施加電流

時(shí)間應(yīng)≥15min。前一次極化曲線測(cè)試結(jié)束時(shí)間超過(guò)0.5h后，再進(jìn)行第二次檢

測(cè)，每個(gè)MEA至少測(cè)試三次極化曲線。極化曲線數(shù)據(jù)應(yīng)標(biāo)明膜電極使用的質(zhì)子

膜厚度和測(cè)試進(jìn)口溫度等。

4、氫氣滲透率測(cè)試方法

采用在陽(yáng)極側(cè)增加氫氣濃度傳感器或連接氣相色譜的方式，在線監(jiān)測(cè)膜電極

測(cè)試過(guò)程中的氫氣滲透率和氧中氫含量。應(yīng)在工作電流范圍內(nèi)至少取3個(gè)點(diǎn)（額

定工作點(diǎn)、波動(dòng)下限和波動(dòng)上限）進(jìn)行氫氣滲透率測(cè)試。

5、設(shè)計(jì)壽命測(cè)試方法

膜電極的設(shè)計(jì)壽命根據(jù)衰減率和邊界條件推算得出，特別地，壽命測(cè)試過(guò)程

中膜電極中陽(yáng)極側(cè)氧中氫含量應(yīng)滿足≤2%。衰減率測(cè)試過(guò)程中設(shè)置的進(jìn)口溫度

4

必須與極化曲線測(cè)試溫度保持一致，測(cè)試采用恒流模式，建議以60或65℃下的

性能作為標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)計(jì)壽命的測(cè)試分為穩(wěn)定工況和變工況兩類，以穩(wěn)定工況衰減

率為準(zhǔn)、變工況衰減率作為參考。

6、一致性測(cè)試方法

包括厚度一致性、貴金屬擔(dān)載量一致性和電性能一致性。其中，電性能一致

性應(yīng)選用同一電解池對(duì)抽檢的n個(gè)（n≥10）膜電極輪流進(jìn)行測(cè)試。

八、試驗(yàn)驗(yàn)證情況

無(wú)。

九、與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系

與該項(xiàng)目相關(guān)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要界定了水電解制氫技術(shù)的基本要求和系統(tǒng)的

技術(shù)要求，屬于對(duì)水電解制氫技術(shù)整體框架的界定。而本項(xiàng)目聚焦PEM水電解

制氫膜電極的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法，屬于對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)界定對(duì)象細(xì)化內(nèi)容的填補(bǔ)。

十、預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果

膜電極是質(zhì)子交換膜水電解系統(tǒng)的核心部件，其電性能決定了水電解系統(tǒng)的

性能。然而，目前膜電極技術(shù)“百家爭(zhēng)鳴”、市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻尚不明確、產(chǎn)品電性

能測(cè)