堿性電解水復合隔膜測試方法Testingmethodforalkalineelectroly中國國際科技促進會I前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14試驗準備與條件 2 2 25測試項目 26測試方法 2 2 3 4 5 5 56.7孔徑分布 56.8孔隙率 56.9透氣率 56.10起泡點壓力 56.11泡點變化率 56.12拉伸強度 76.13剝離強度 86.14質量損失率 96.15尺寸變化率 6.18原位耐久性 7試驗報告 Ⅲ木文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由清華大學提出。本文件由中國國際科技促進會歸口。木文件起草單位：清華大學、北京元泰能材科技有限公司、氫材科技(淮安)有限公司、上海氫器時代科技有限公司、中車株洲電力機車研究所有限公司綜合能源事業(yè)部、中船(邯鄲)派瑞氫能科技有限公司、大連理工大學成都研究院、天津市大陸制氫設備有限公司、陽光氫能科技有限公司、中車山東風無錫隆基氫能科技有限公司、中石油深圳新能源研究院有限公司、中國石油天然氣管道工程有限公司、中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司、上海電氣集團股份有限公司中央研究院、寶雞石油機械有限責任公司、中車長春軌道客車股份有限公司、中石化氫能機械(武漢)有限公司、山東藍拓氫能科技有限公司、蘇州市氫能產業(yè)創(chuàng)新中心有限公司、蘇州東福來機電科技有限公司、三一氫能有限公司、無錫華光環(huán)保能源集團股份有限公司、蘇州希倍優(yōu)氫能源科技有限公司、海德氫能源科技(江蘇)有限公司、北京中電豐業(yè)技術開發(fā)有限公司、山東奧氫動力科技有限公司、江蘇天合元氫科技有限公司、浙江吳臻氫能源有限公司、青騏驥中能(江蘇蘇州)氫能源科技有限公司、安徽氫宇新能源科技有限公司、GevaertNV、廣東冠豪新材料研發(fā)有限公司、氫和元泰(常州)新材料科技右限公司、江蘇氫導智能裝備有限公司、中汽院新能源科技有限公司、北京市產品質量監(jiān)督檢驗研究院、中石化上海工程有限公司、中石化煉化工程(集團)股份有限公司、國能氫創(chuàng)科技(北京)有限責任公司、惠生工程(中國)有限公司、上海河圖工程股份有限公司、液化空氣(杭州)有限公司、液化空氣(中國)研發(fā)有限公司、北京綠氫科技發(fā)展有限公司、氫合元泰(鄂爾多斯)科技有限公司。堿性電解水復合隔膜測試方法本文件規(guī)定了堿性電解水復合隔膜的外觀、結構、力學性能、電化學性能的測試要求與測試方法。木文件適用于以有機、無機材料復合的堿性電解水制氫隔膜。其他形式的堿性電解水制氫隔膜可參照本文件執(zhí)行。警示——使用本標準的人員應有正規(guī)實驗室工作的實踐經驗。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證符合國家有關法規(guī)規(guī)定的條件。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T451.2—2023紙和紙板第2部分：定量的測定GB/T451.3—2002紙和紙板厚度的測定GB/T1038.1塑料制品薄膜和薄片氣體透過性試驗方法第1部分：差壓法GB/T1040(所有部分)塑料拉伸性能的測定GB/T4167砝碼GB/T6682分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法GB/T19774水電解制氫系統(tǒng)技術要求GB/T21650.1壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度第1部分：壓汞法GB/T32361分離膜孔徑測試方法泡點和平均流量法GB/T45092—2024電解水制氫川電極性能測試與評價SN/T3180食品接觸材料高分子材料塑料薄膜中殘留溶劑的測定氣相色譜法YY/T0282注射針3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。泡點變化率bubblepointchan復合隔膜在彎折、浸堿后的起泡點壓力變化值與初始起泡點壓力的比值。復合隔膜涂層被膠帶剝離基材的力與剝離長度的比值。質量損失率qualityloss復合隔膜在摩擦、超聲震蕩、浸入氫氧化鉀溶液實驗后損失的質量與原質量的比值。工24試驗準備與條件4.1.1厚度計應符合GB/T451.3—2002中第5章的要求。4.1.2油浴鍋控溫范圍最高溫度不低于110℃,精度為±1℃。4.1.3烘箱控溫范圍最高溫度不低于105℃,精度為±1℃。4.1.4萬能試驗機應符合GB/T1040(所有部分)中的要求。4.1.5天平精度不低于0.001g。應在溫度為(25±2)℃,相對濕度為(50±10)%的環(huán)境下進行試驗。試樣應按下列條件進行狀態(tài)調節(jié)：b)相對濕度：(50±10)%;c)狀態(tài)調節(jié)時間：不少于12h。測試項目及對應的測試方法匯總見表1。表1測試項目匯總表測試項目章條號測試項目章條號1起泡點壓力2厚度3厚度偏差456溶劑殘留7接觸角896測試方法燈箱光源：長1200mm,寬300mm,功率48W,亮度為10001x～15001x。3外觀應按照下列方法進行試驗：a)檢測試樣尺寸應盡可能大于或等于燈箱光源的尺寸，試樣未能覆蓋光源時，應對未覆蓋部分進行遮擋，以保證檢測結果準確；b)觀察者眼睛距離試樣約為0.5m,采用目測方法進行觀察。去離子水：滿足GB/T6682要求的三級水。厚度計和烘箱應符合4.1的要求。干態(tài)厚度應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁制成100mm×100mm的試樣3張；b)將試樣放入100℃的烘箱內干燥，2h后取出；c)采用恒定荷重的方法，測量處理后的試樣任意兩個對角及一個中間部位的厚度，測量過程中測量面的壓力應為(100±10)kPa,確保兩測量面間壓力均勻。取所得9次的干態(tài)厚度測量值的算術平均值作為干態(tài)厚度測試結果，并將測試結果修約至5μm。厚度計和烘箱應符合4.1的要求。濕態(tài)厚度應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁制成100mm×100mm的試樣3張；b)將試樣浸入溫度為(25±2)℃的去離子水中，12h后取出，用濾紙吸去表面殘留液體；c)采用恒定荷重的方法，測量處理后的試樣任意兩個對角及一個中間部位的厚度，測量過程中測量面的壓力應為(100±10)kPa,確保兩測量面間壓力均勻。46.2.2.4試驗數據處理取所得9次的濕態(tài)厚度測量值的算術平均值作為濕態(tài)厚度測試結果，并將測試結果修約至5μm。6.3厚度偏差6.3.1試驗方法應按照圖1所示的位置點測量試樣的厚度偏差，沿橫向方向每隔100mm取一個測試點，橫向n個數據為一組，不滿400mm寬幅的不少于5個點，在縱向方向上每隔100mm測一組，共測試3組。圖1厚度偏差測試示意圖6.3.2試驗數據處理厚度標準差應按照公式(1)進行計算：式中：σ——試樣的厚度標準差，單位為微米(μm);d——試樣的厚度平均值，單位為微米(μm);d——第i次測試厚度，單位為微米(μm);n——厚度測試次數。6.3.2.2厚度平均值偏差厚度平均值偏差應按照公式(2)進行計算：△d——試樣的厚度平均值偏差，單位為微米(μm);d——試樣的厚度平均值，單位為微米(μm);do——試樣的厚度標稱值，單位為微米(μm)。6.3.2.3厚度極限值偏差厚度極限值偏差應按照公式(3)進行計算：△d=dminwmax-do5式中：將試樣放入100℃的烘箱內干燥，2h后取出，按照GB/T451.2—2023中8.1的要求進行測量。體積密度應按照公式(4)進行計算，結果修約至0.01g/cm3。式中：D—試樣的體積密度，單位為克每立方厘米(g/cm3);G——試樣的克重，單位為克每平方米(g/m2應按照SN/T3180的要求進行試驗和計算。6.7孔徑分布應按照GB/T21650.1的要求進行試驗和計算。應按照GB/T21650.1的要求進行試驗和計算。應按照GB/T1038.1的要求進行試驗和計算。6.10起泡點壓力應按照GB/T32361的要求進行試驗，試驗儀器設備選川平板膜泡點測試簡易裝置。應按照下列要求準備儀器設備：a)泡點測試裝置：應符合GB/T32361的要求；b)砝碼：應符合GB/T4167的要求。彎折泡點變化率應按照下列方法進行試驗。6a)復合隔膜測試狀態(tài)可選擇干態(tài)或濕態(tài)。干態(tài)處理方式：將試樣放入100℃的烘箱內干燥2h;濕態(tài)處理方式：將試樣浸入溫度為(25±2)℃的去離子水中12h。b)參照6.10裁切試樣6張，取出3張測試起泡點壓力，取平均值為P?。c)將剩余的試樣沿中心線對折，置于不銹鋼平臺，如圖2a)所示。d)使用5kg砝碼且與被測試樣接觸面的面積大于被測試樣面積，壓在對折試樣上，砝碼下放過程中輕拿輕放，直至彎曲180°并保持10秒，如圖2b)所示。e)將彎折后的試樣3張，按照6.10測試起泡點壓力，取平均值為P?。圖2彎折測試示意圖彎折泡點變化率應按照公式(5)計算。式中：△PB——試樣的彎折泡點變化率；P?——彎折前試樣的起泡點壓力的平均值，單位為巴(bar);P?——彎折后試樣的起泡點壓力的平均值，單位為巴(bar)。應按照下列要求準備試劑：a)氫氧化鉀溶液：分析純，質量濃度30%;b)酚酞指示劑：采用化學純酚酞配制成的1%乙醇溶液。泡點測試裝置：應符合GB/T32361的要求。浸堿泡點變化率應按照下列方法進行試驗：a)參照6.11裁切試樣6張，取出3張測試起泡點壓力，取平均值為P?;b)將剩余試樣浸入溫度為110℃的氫氧化鉀溶液，500h后取出用去離子水將試樣洗滌至中性；7c)將洗至中性的試樣參照6.11測試起泡點壓力，取平均值為P?。浸堿泡點變化率應按照公式(6)計算。式中：△PA——試樣的浸堿泡點變化率；P?——浸堿前試樣的起泡點壓力的平均值，單位為巴(bar);P?——浸堿后試樣的起泡點壓力的平均值，單位為巴(bar)。6.12拉伸強度萬能試驗機和厚度計應符合4.1的要求。應按照GB/T1040的要求，使用下列方法進行試驗：a)沿橫向和縱向分別將復合隔膜裁制成150mm×15mm的試樣各3張；b)川厚度計在試樣中部測試厚度，測量三個不同的位置，取平均值作為試樣的平均厚度d;c)將試樣放到夾具中，試樣的長軸線與試驗機的軸線成一條直線，試樣上下固定在夾具的位置距兩端距離相近，保證試樣長軸線中心點固定在夾具初始距離50mm處；d)夾具的初始距離為100mm,測試速度為100mm/min,啟動試驗機開始進行測試，得出隔膜橫向和縱向斷裂的最大拉伸力FD和FMD。應按照公式(7)計算隔膜橫向拉伸強度。式中：FTD——試樣的橫向最大拉伸力，單位為牛(N);ATD——試樣的橫向初始橫截面積，單位為應按照公式(8)計算隔膜縱向拉伸強度。式中：8應按下列要求準備儀器設備：a)萬能試驗機：應符合本文件4.1的要求；b)支持體：厚度>0.5mm的鋼板，表面光滑平整，長度>150mm,寬度>25mm;c)測試膠帶：粘性不低于(0.4±0.05)N/mm、寬度為(15±0.1)mm的雙面膠帶。剝離強度應按照下列方法進行試驗，見圖3:a)將復合隔膜裁制成150mm×15mm的試樣3張，裁切50mm長度的雙面膠粘到支持體上，然后沿支持體長度方向，將裁好的試樣粘到雙面膠中央，用手輕輕按壓使試樣與雙面膠完全貼合，完成后將試樣白由端對折180°,用刀具剝開粘合面約5mm～10mm;b)將支持體一端夾在上夾具上，試樣自由端夾在下夾具上，夾好的樣條需確保在一條垂直線上，測試速度選用100mm/min,有效剝離長度l為30mm;c)啟動萬能試驗機進行拉伸測試，得出涂層與基材之間的剝離力F。圖3剝離強度測試示意圖剝離強度應按照公式(9)計算，取所得3次剝離強度的算術平均值作為測試結果。式中：F——試樣的剝離力，單位為牛(N);l——試樣的剝離長度，單位為毫米(mm)。9鋼絲絨耐磨擦試驗機：型號為339-GSR。磨耗質量損失率應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁制成100mm×100mm的試樣3張；b)將試樣放入100℃的烘箱內干燥2h后，取出稱量其干態(tài)質量W?;c)將試樣固定在試驗機上，選用10mm×10mm的摩擦錘，用自鎖式扎帶將0000≠鋼絲絨固定在摩擦錘下方，在摩擦錘上方配置500g的砝碼提供摩擦壓力；d)使摩擦錘與鋼絲絨垂直接觸水平固定放置的試樣表面，以50次/min(一個往復為一次)的頻率，在試樣表面同一區(qū)域范圍內，水平直線往復移動摩擦錘，單向距離60mm,運行10min;e)試驗結束后放入100℃烘箱內干燥2h,取出稱量其干態(tài)質量W?。磨耗質量損失率應按照公式(10)計算，取所得3次磨耗質量損失率的算術平均值作為測試結果。式中：W?——W?——試樣的磨耗損失率；磨耗前試樣的干態(tài)質量，單位為克(g);磨耗后試樣的干態(tài)質量，單位為克(g)。去離子水：滿足GB/T6682要求的三級水。應按照下列要求準備試驗儀器：a)超聲波振蕩機：超聲頻率最高不低于40kHz,超聲功率最高不低于240W,控溫范圍最高溫度不低于60℃,控溫精度為±1℃;b)烘箱：應符合4.1的要求；c)天平：應符合4.1的要求。超聲質量損失率應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁成100mm×100mm的試樣3張；b)將試樣放入100℃的烘箱內干燥2h后，取出稱量其干態(tài)質量W?;c)將試樣放入超聲波振蕩機的正中間，并且將隔膜固定(如圖4),在頻率為40kHz,功率為240W、溫度為60℃的條件下超聲30min后放入100℃烘箱內干燥2h,取出稱量其干態(tài)質量W+0圖4試樣放置示意圖6.14.2.4試驗數據處理超聲質量損失率應按照公式(11)進行計算，取3次超聲質量損失率的算術平均值為測試結果。試樣的超聲質量損失率；超聲前試樣的干態(tài)質量，單位為克(g);超聲后試樣的干態(tài)質量，單位為克(g)。6.14.3浸堿質量損失率應按照下列要求準備試劑：a)氫氧化鉀溶液：分析純，質量濃度30%;b)酚酞指示劑：采用化學純酚酞配制成的1%乙醇溶液。烘箱、油浴鍋、天平應符合4.1的要求。浸堿質量損失率應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁成100mm×100mm的試樣3張；b)將試樣放入100℃的烘箱內干燥2h后，取出稱量其干態(tài)質量W;c)將試樣浸入溫度為110℃的氫氧化鉀溶液，120h后取出用去離子水將試樣洗滌至中性；d)將洗至中性的試樣放入溫度為100℃的烘箱內烘干2h,然后在天平上稱量其干態(tài)質量W?6.14.3.4試驗數據處理浸堿質量損失率應按照公式(12)進行計算，取3次浸堿質量損失率的算術平均值為測試結果。式中：EA——試樣的浸堿質量損失率；W?——浸堿后試樣的質量，單位為克(g)。去離子水：滿足GB/T6682要求的三級水。應按照下列要求準備儀器設備：a)油浴鍋和烘箱應符合4.1的要求；尺寸變化率應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁制成200mm×200mm的試樣3張；b)將試樣浸入溫度為(25±2)℃的去離子水中，12h后取出，用濾紙吸去表面殘留液體，用卡尺測量縱向和橫向的初始長度(L和T?);c)將試樣放置于加熱至100℃的水中，60min后將試樣取出，再將試樣放入100℃的烘箱內烘干2h,用卡尺測量試樣縱向和橫向的熱處理后長度(L和T)。尺寸變化率應按照公式(13)、公式(14)計算，取所得3次尺寸穩(wěn)定性的算術平均值作為測試結果。式中：△L——試樣的縱向尺寸變化率；Lo——試樣的縱向初始長度，單位為毫米(mm);L——試樣的縱向熱處理后長度，單位為毫米(mm);式中：△T——試樣的橫向尺寸變化率；T?！嚇拥臋M向初始長度，單位為毫米(mm);T——試樣的橫向熱處理后長度，單位為毫米(mm)。去離子水：滿足GB/T6682要求的三級水。應按照下列要求準備儀器設備：b)注射器：滿足YY/T0282要求，針頭直徑為0.5mm和0.9mm。接觸角應按照下列方法進行試驗：a)將復合隔膜裁成50mm×50mm的試樣3張，并放入100℃的烘箱內干燥2h;b)檢查聚焦，選取與待測試樣厚度相同的試樣，在其表面中央滴一體積大約為4μL的水滴，調節(jié)攝像系統(tǒng)，使針頭、水滴輪廓在接觸角測試儀中的成像清楚；c)將試樣待測表面向上放置在接觸角測試儀的試驗臺上，調整試樣臺高度，使水滴體積約4μL時能夠和待測試樣表面接觸而脫離針頭，并在試樣表面形成座滴，用接觸角測定儀將座滴的形成及座滴的鋪展以不小于2幀/s的速度拍攝成照片或視頻。6.16.4.1坐滴穩(wěn)定時，截取視頻中的照片，用球形計算法計算其接觸角，取3組數據的算術平均值作為試樣的靜態(tài)接觸角，取小數點后2位有效數字。6.16.4.2坐滴迅速浸潤時，根據視頻記錄坐滴浸潤的時間，取3組數據的算術平均值作為試樣的浸潤時間，取小數點后1位有效數字。氫氧化鉀溶液：分析純，質量濃度30%。應按照下列要求準備儀器設備。a)交流低阻儀：頻率范圍為1kHz～100kHz,電壓為0.5V。振幅范圍為50mV。b)高低溫循環(huán)槽：控溫范圍最高溫度不低于100℃,控溫精度為±1℃。需耐堿腐蝕。c)電阻試驗裝置：見圖5,所有材料均需耐堿腐蝕，上下鎳電極端面為面積10cm2的圓。堿液入口與出口連接高低溫循環(huán)槽，可循環(huán)堿液。圖5電阻試驗裝置面電阻應按照下列方法進行試驗。a)將復合隔膜裁制成比測試電極尺寸略大的試樣，共3張。b)將試樣放入溫度為(25±2)℃的氫氧化鉀溶液中浸泡4h。c)調節(jié)上鎳電極，使上鎳電極與下鎳電極接觸，對上鎳電極施加1kg壓力。打開高低溫循環(huán)槽，堿液溫度典型值選擇30℃、80℃,使堿液在電阻試驗裝置中循環(huán)10min。將上下電極分別接通至交流低阻儀正負測試夾，讀取相位為0時的電阻值R?。d)將測試隔膜放置在上下鎳電極中間，對上鎳電極施加1kg壓力。堿液溫度典型值選擇30℃、80℃,使堿液在電阻試驗裝置中循環(huán)10min。將上下電極分別接通至交流低阻儀正負測試夾，測得試樣的電阻值R?。保持R?和R?