تستخدم خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتون (PEMFCs) مصادر الطاقة المتجددة - الهيدروجين - لتحقيق انبعاثات صفرية، مما يجعلها تكنولوجيا طاقة جديدة خضراء ونظيفة وفعالة ومستدامة. لديهم تطبيقات واسعة في صناعات مثل الطيران والسيارات والطاقة. يعد غشاء تبادل البروتون (PEM) أحد أهم مكونات PEMFC. مع التطور المستمر لخلايا الوقود، تزايدت متطلبات أداء PEMs تدريجيًا. وفقًا لمعيار GB/T 20042.3-2022 "خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتونات - الجزء 3: طرق اختبار أغشية تبادل البروتونات"، تشمل الاختبارات المطلوبة لأغشية تبادل البروتونات النفاذية، وخصائص الشد، وقوة التقشير 180 درجة، والسمك، وموصلية البروتون، والتبادل الأيوني. سعة. تركز هذه المقالة على اختبار نفاذية أغشية تبادل البروتونات في خلايا الوقود، مع تقديم طرق الاختبار والمعدات ذات الصلة.

مقدمة: خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني (PEMFCs) هي أجهزة لتوليد الطاقة تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين والأكسجين مباشرة إلى طاقة كهربائية دون احتراق، وتعمل بشكل أساسي "كعكس" التحليل الكهربائي للماء. تتكون الخلية الواحدة من أنود وكاثود وغشاء تبادل البروتونات. الأنود هو المكان الذي يخضع فيه وقود الهيدروجين للأكسدة، في حين أن الكاثود هو المكان الذي يتم فيه تقليل الأكسدة. يحتوي كلا القطبين على محفزات تعمل على تسريع التفاعلات الكهروكيميائية. تتمثل وظيفة غشاء تبادل البروتونات في توصيل البروتونات (Hâ°) أثناء فصل الوقود عند الأنود عن المادة المؤكسدة عند الكاثود. يحتوي هيكل البوليمر لغشاء تبادل البروتونات على مجموعات أيونية مختلفة، مما يسمح فقط لأيونات الهيدروجين (H⁄) بالمرور، بينما يمنع الأيونات والغازات والسوائل الأخرى. تتميز مركبات PEMFC بكفاءة عالية في تحويل الطاقة، وتوليد طاقة خالية من التلوث، وبنية بسيطة، وسهولة الصيانة، وعدم التلوث.

طريقة اختبار نفاذية غشاء تبادل البروتون: يتم تعريف النفاذية على أنها حجم الغاز الذي يمر عبر وحدة مساحة العينة لكل وحدة زمنية تحت درجة حرارة ثابتة وفرق ضغط الوحدة، وتستخدم في المقام الأول لتقييم أداء نفاذية الغاز في غشاء تبادل البروتون . يعد الحد بشكل صارم من العتبة العليا لنفاذية غشاء تبادل البروتون أمرًا بالغ الأهمية لمنع التسرب المفرط من خلال الثقوب الصغيرة، وبالتالي ضمان السلامة ضد مخاطر الانفلات الحراري. يحدد معيار GB/T 20042.3-2022 استخدام طريقة الضغط التفاضلي لاختبار نفاذية أغشية تبادل البروتونات. تعتبر طريقة الضغط التفاضلي غير انتقائية فيما يتعلق بغاز الاختبار وتتمتع بتعدد استخدامات ممتاز لغازات الاختبار المختلفة. مع التقدم في تكنولوجيا أدوات الكشف، يتم ضمان دقة المعدات وتكرار بيانات الاختبار بشكل جيد.

أداة الاختبار: تم تصميم وتصنيع جهاز اختبار نفاذية الغاز N530 2.0 على أساس مبدأ طريقة الضغط التفاضلي. أثناء عملية الاختبار، يتم وضع العينة المحضرة بين الغرفتين العلوية والسفلية للجهاز، بحيث يتم فصل غرفة الضغط العالي عن غرفة الضغط المنخفض. تقوم مضخة التفريغ بإخلاء نظام دائرة الغاز بأكمله، مما يقلل الضغط في كل من غرف الضغط العالي والضغط المنخفض إلى أقل من 10 باسكال. بعد ذلك، يتم إدخال غاز تجريبي عند الضغط الجوي إلى الغرفة العلوية، مما يؤدي إلى خلق فرق ضغط ثابت بين الغرف العلوية والسفلية. وتحت تأثير تدرج الضغط، يتخلل الغاز عبر عينة الاختبار من غرفة الضغط العالي إلى غرفة الضغط المنخفض. يقوم الجهاز تلقائيًا بحساب نفاذية الغاز ومعدل نقل الغاز ومعلمات أداء الحاجز الأخرى للعينة من خلال مراقبة تغير الضغط في الغرفة السفلية.

تم تجهيز جهاز اختبار نفاذية الغاز N530 2.0 بثلاث غرف، كل منها مزود بمستشعر مستقل خاص بها ووحدة التحكم في درجة الحرارة، مما يدعم الاختبار المتزامن لثلاث عينات متطابقة أو مختلفة. تعمل كل غرفة بشكل مستقل، مع جمع البيانات بشكل مستقل. يتميز الجهاز بالتشغيل التلقائي الكامل، والاختبار بنقرة واحدة، والحكم التلقائي، والإغلاق التلقائي، مما يضمن كفاءة اختبار عالية. إنها تستخدم تقنية صيانة فرق الضغط التلقائي الحاصلة على براءة اختراع للحفاظ تلقائيًا على فرق الضغط عبر العينة (فرق الضغط القابل للتعديل)، وهي مجهزة بمستشعر ضغط عالي الدقة بدقة 0.01 Pa، مما يوفر ثباتًا ممتازًا ومعدل فشل منخفض. يستخدم جهاز الاختبار مضخة تفريغ مستوردة بضغط نهائي يبلغ 0.1 Pa، مما يوفر كفاءة تفريغ عالية وضوضاء منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، فهو يتميز بنظام تحكم هوائي جديد في دائرة الغاز مع مشابك أوتوماتيكية لقفل العينة بلمسة واحدة، مما يضمن الراحة والتشغيل الموفر للعمالة وأداء الختم الفائق.

يمكن لـ N530 2.0 قياس نفاذية الغازات مثل O2 وCO2 وN2 وH2. توفر قوانغتشو بياوجي خدمات مخصصة لتلبية متطلبات العملاء المختلفة فيما يتعلق بغازات الاختبار والضغط ودرجة الحرارة والسلامة

الملخص والتوقعات: خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتونات (PEMFCs) هي أجهزة توليد الطاقة التي تحول الطاقة الكيميائية للوقود والمواد المؤكسدة مباشرة إلى طاقة كهربائية. يؤثر أداء مكوناتها الرئيسية بشكل مباشر على استقرار وموثوقية خلايا الوقود، حيث تلعب دورًا حاسمًا في الأداء العام لمجموعة خلايا الوقود. ولذلك، فإن استخدام جهاز اختبار نفاذية الغاز ذو الضغط التفاضلي لقياس نفاذية أغشية تبادل البروتون له أهمية كبيرة للتحكم في جودة خلايا الوقود ولتحسين عمليات التصنيع وتحسينها.