專利名稱：一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈性體材料損傷的加速試驗(yàn)方法，具體涉及一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
在能源危機(jī)和環(huán)境污染問題不斷的當(dāng)今時(shí)代，燃料電池作為一種能效高、零污染的潔凈能源備受青睞并得到了廣泛研究。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池是在一定條件下燃料(氫氣)和氧化劑(空氣中的氧氣)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。燃料電池中最重要的構(gòu)件之一為彈性體材料墊片，起著隔離燃料和氧化劑的密封作用。但由于其長期暴露于燃料電池酸性、潮濕的環(huán)境下，并承受一定機(jī)械壓縮載荷，因此彈性體墊片易老化。如果墊片材料損傷或者失效，反應(yīng)氣體可能會(huì)向外泄漏或直接相互混合，這不僅會(huì)使燃料電池效率降低，而且會(huì)帶來安全問題。因此墊片材料在燃料電池環(huán)境下化學(xué)的、機(jī)械的穩(wěn)定性和持久性至關(guān)重要，這將成為燃料電池發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。然而彈性體材料在實(shí)際PEM燃料電池工況下老化過程緩慢，這對于研究彈性體材料的損傷機(jī)理及預(yù)測其使用壽命有一定困難。目前關(guān)于彈性體材料作為密封墊片材料用于PEM燃料電池環(huán)境中的損傷過程的加速試驗(yàn)還未有人提出。因此，需要研究出一種彈性體材料在PEM燃料電池環(huán)境中加速損傷的試驗(yàn)方法，達(dá)到在較短的試驗(yàn)周期內(nèi)得出相同的試驗(yàn)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種合理、有效、快速的，一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法，利用本發(fā)明的模擬加速試驗(yàn)方法能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)短期試驗(yàn)得到實(shí)際PEM燃料電池工作環(huán)境中材料損傷的試驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法，其具體步驟為(I)選取彈性體材料試樣；(2)清洗彈性體試樣并放入干燥瓶干燥(3)配制試驗(yàn)溶液；以氫氟酸、硫酸和去離子水配制試驗(yàn)溶液，其中試驗(yàn)溶液中氫氟酸的濃度為l_50ppm，硫酸的濃度為12ppm-lmol/L ;(4)將干燥的彈性體試樣放入試驗(yàn)溶液中進(jìn)行老化；控制試驗(yàn)溫度為60° C-90° C ；(5)定期取出彈性體試樣將之清洗并放入干燥瓶進(jìn)行干燥；(6)將干燥后的試樣進(jìn)行分析測試，稱重以定量分析試樣損傷情況、顯微鏡觀察微觀形貌變化以定性分析試樣損傷情況、傅立葉全反射紅外光譜(ATR-FTIR)分析和X射線光電子能譜(XPS)分析用以從分子角度分析彈性體試樣在試驗(yàn)環(huán)境中老化損傷機(jī)理；若損傷機(jī)理相同，則該試驗(yàn)環(huán)境可用于加速試驗(yàn)，將彈性體試樣繼續(xù)重復(fù)如上所述步驟繼續(xù)試驗(yàn)，反之，則排除該試驗(yàn)環(huán)境，中斷彈性體試樣在該環(huán)境中的試驗(yàn)；(7)將各種試驗(yàn)環(huán)境中每次分析測試時(shí)的重量一一記錄，作出失重隨老化時(shí)間變化曲線，分析其加速試驗(yàn)規(guī)律。優(yōu)選所述彈性體材料為硅橡膠。所述模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境以硫酸、氫氟酸為有效成分，優(yōu)選由阻抗為18ΜΩ去離子水稀釋而成。按試樣“清洗-干燥-試驗(yàn)環(huán)境中老化-定期取出清洗-干燥-分析測試”順序循環(huán)進(jìn)行彈性體材料老化試驗(yàn)。分別對未損傷及損傷不同時(shí)期的彈性體試樣，可進(jìn)行重量測定，如表I所示，其失 重與試驗(yàn)時(shí)間及試驗(yàn)環(huán)境的關(guān)系曲線見附圖
I。由圖I可以看出，硅橡膠試樣的重量隨著老化時(shí)間的增加、酸濃度的增加及溫度的增加而逐漸減輕，變化趨勢是一致的。通過對圖I的失重?cái)?shù)據(jù)分析后，建立如下老化模型y=a+b*x其中，y為失重率,a, b為常數(shù)，t為老化時(shí)間。b值即為老化(腐蝕)速率。通過比較b值，可以得到各種試驗(yàn)方式對失重影響大小。將數(shù)據(jù)代入老化模型，得到失重率散點(diǎn)和回歸直線圖。見圖I中各實(shí)施例擬合曲線。置信度均在95%以上。表I各實(shí)施例中試樣重量損失變化
權(quán)利要求
1.一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法，其具體步驟為(1)選取彈性體材料試樣；(2)清洗彈性體試樣干燥(3)配制試驗(yàn)溶液；以氫氟酸、硫酸和去離子水配制試驗(yàn)溶液，其中試驗(yàn)溶液中氫氟酸的濃度為l-50ppm，硫酸的濃度為12ppm-lmol/L ； (4)將干燥的彈性體試樣放入試驗(yàn)溶液中進(jìn)行老化；控制試驗(yàn)溫度為60° C-90° C ; (5)定期取出彈性體試樣將之清洗并干燥；(6)將干燥后的試樣進(jìn)行分析測試，稱重以定量分析試樣損傷情況、顯微鏡觀察微觀形貌變化以定性分析試樣損傷情況、傅立葉全反射紅外光譜分析和X射線光電子能譜分析用以從分子角度分析彈性體試樣在試驗(yàn)環(huán)境中老化損傷機(jī)理；若損傷機(jī)理相同，則該試驗(yàn)環(huán)境可用于加速試驗(yàn)，將彈性體試樣繼續(xù)重復(fù)如上所述步驟繼續(xù)試驗(yàn)，反之，則排除該試驗(yàn)環(huán)境，中斷彈性體試樣在該環(huán)境中的試驗(yàn)；(7)將各種試驗(yàn)環(huán)境中每次分析測試時(shí)的重量--記錄,作出失重隨老化時(shí)間變化曲線，分析其加速試驗(yàn)規(guī)律。
2.如權(quán)利要求I所述的一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法，其特征在于所述彈性體材料為硅橡膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種彈性體材料在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中損傷過程的加速試驗(yàn)方法，其具體步驟為選取彈性體材料試樣清洗并干燥配制氫氟酸、硫酸試驗(yàn)溶液；將彈性體試樣放入試驗(yàn)溶液中進(jìn)行老化；定期取出彈性體試樣將之清洗并干燥；將干燥后的試樣進(jìn)行分析測試，將各種試驗(yàn)環(huán)境中每次分析測試時(shí)的重量記錄，作出失重隨老化時(shí)間變化曲線，分析其加速試驗(yàn)規(guī)律；本發(fā)明提供的加速試驗(yàn)方法可加快彈性體材料損傷過程，縮短試驗(yàn)周期，可使老化過程加快幾倍至幾十倍；可以在實(shí)驗(yàn)室里用較短時(shí)間研究彈性體材料的老化過程，從而為預(yù)測彈性體材料在實(shí)際工況條件下的壽命提供一種最佳加速壽命試驗(yàn)方法。
文檔編號G01N23/22GK102944495SQ201210441970
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者談金祝, 李果, 鞏建鳴 申請人:南京工業(yè)大學(xué)