本文件规定了质子交换膜燃料电池双极板材料的抗弯强度、密度、电阻和腐蚀电流密度等测试方法；双极板部件的面积利用率、厚度均匀性、槽深均匀性、平面度、相对平整度、接触电阻、气密性等测试方法。 本文件适用于各种类型的质子交换膜燃料电池用双极板材料和部件。 注：双极板材料及双极板部件的界定如下： a)双极板材料：与成品双极板材料状态一致的板材； b)双极板部件：与使用状态一致的成品双极板。

ICS27.070
CCSK 82
中华人民共和国国家标准　
GB/T 20042.6—2024
代替GB/T20042.6—2011
质子交换膜燃料电池
第6部分:双极板特性测试方法
Proton exchangemembranefuelcellPart6:Testmethod ofbipolarplateproperties
2024-03-15发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-10-01实施
1范围
规范性引用文件
术语和定义
双极板材料抗弯强度测试
双极板材料密度测试
双极板材料电阻测试
双极板材料腐蚀电流密度测试
双极板部件面积利用率测试
双极板部件厚度均匀性测试
双极板部件槽深均匀性测试
11双极板部件平面度测试
双极板部件相对平整度测试
双极板部件接触电阻测试
14双极板部件气密性测试
15双极板部件水接触角测试
16双极板部件涂层厚度测试
17双极板部件涂层结合强度测试18双极板部件腐蚀电流密度测试19双极板部件比热容测试
20双极板部件热导率测试
21双极板部件析出离子成分和浓度测试22测试指标适用性、测试准备及试验报告附录A (规范性)
附录B (资料性)
附录C (资料性)
测试指标适用性
测试准备
试验报告
GB/T20042.6—2024
GB/T20042.6—2024
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件是GB/T20042《质子交换膜燃料电池》的第6部分。GB/T20042已经发布了以下部分：一第1部分：术语；
一第2部分：电池堆通用技术条件；一第3部分：质子交换膜测试方法；一第4部分：电催化剂测试方法；一第5部分：膜电极测试方法；
一第6部分：双极板特性测试方法；一第7部分：炭纸特性测试方法。本文件代替GB/T20042.6一2011《质子交换膜燃料电池第6部分：双极板特性测试方法》。与GB/T20042.6一2011相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：一删除了双极板材料和部件气体致密性测试（见2011年版的第4章和第9章）；一增加了双极板材料垂直电阻率测试(见第6章）；一删除了双极板阻力降测试（见2011年版的第10章）；一增加了双极板部件槽深均匀性测试(见第10章）；一增加了双极板部件相对平整度测试(见第12章）；删除了双极板部件重量测试（见2011年版的第14章）；一增加了双极板部件气密性测试(见第14章）；一增加了双极板部件水接触角测试（见第15章）；一增加了双极板部件涂层厚度测试(见第16章）；一增加了双极板部件涂层结合强度测试（见第17章）；一增加了双极板部件腐蚀电流密度测试(见第18章）；一增加了双极板部件比热容测试(见第19章）；一增加了双极板部件热导率测试(见第20章）；一增加了双极板部件析出离子成分和浓度测试(见第21章）。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出本文件由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会（SAC/TC342)归口。本文件起草单位：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、上海神力科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、潍柴动力股份有限公司、同济大学、华北电力大学、中国质量认证中心、上海捷氢科技股份有限公司、上海治臻新能源股份有限公司、新源动力股份有限公司、浙江华熔科技有限公司、新研氢能源科技有限公司、上海电气集团股份有限公司、海卓动力（青岛）能源科技有限公司、中山市深中标准质量研究中心、北京长征关民高科技有限公司、上海骥氢能科技有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、上海韵量新能源科技有限公司、特嗨氢能检测（保定）有限公司、东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司、未势能源科技有限公司、国创氢能科技有限公司、浙江高成绿能科技有限公司、珠海格力电器股份有限公司、深圳市雄韬电源科技股份有限公司、浙江天能氢能源科技有限公司、爱德曼氢能源装备有限公司、国鸿氢能科技(嘉兴)股份有限公司、无锡先导智GB/T20042.6—2024
能装备股份有限公司、万新（厦门)新材料有限公司。本文件主要起草人：陈文淼、侯明、甘全全、朱晓春、张亮、马天才、刘建国、王刚、赵小军、方亮、胡鹏、邢丹敏、周志强、齐志刚、杨敏、郗富强、杨彦博、谢佳平、陈伟亮、靳殷实、付宇、方川、刘会粉、段志洁、谢光有、靳少辉、韩福江、侯向理、张永、陈宏、曹寅亮、徐真、赵钢、邵孟、兰加水。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：—2011年首次发布为GB/T20042.6—2011;一本次为第一次修订。
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鉴于质子交换膜燃料电池技术发展，为服务质子交换膜燃料电池发电系统上下游制造商及其用户。GB/T20042提供了统一的术语及定义，并针对质子交换膜燃料电池堆及其关键零部件提供了统一的试验方法。
GB/T20042《质子交换膜燃料电池》拟由以下七部分构成一第1部分：术语。目的是界定质子交换膜燃料电池技术及其应用领域内使用的术语和定义。一第2部分：电池堆通用技术条件。目的是给出质子交换膜燃料电池堆的通用技术要求、试验方法、检验规则等内容。
一第3部分：质子交换膜测试方法。目的是给出质子交换膜燃料电池中质子交换膜厚度均匀性、质子传导率等测试方法。
一第4部分：电催化剂测试方法。目的是给出质子交换膜燃料电池电催化剂铂含量、电化学活性面积等测试方法。
一第5部分：膜电极测试方法。目的是给出质子交换膜燃料电池膜电极厚度均匀性、Pt担载量等测试方法。
一第6部分：双极板特性测试方法。目的是给出质子交换膜燃料电池双极板抗弯强度、密度、电阻等测试方法。
一第7部分：炭纸特性测试方法。目的是给出质子交换膜燃料电池炭纸厚度均匀性、电阻、机械强度等测试方法。
1范围
质子交换膜燃料电池
第6部分：双极板特性测试方法
GB/T20042.6—2024
本文件规定了质子交换膜燃料电池双极板材料的抗弯强度、密度、电阻和腐蚀电流密度等测试方法；双极板部件的面积利用率、厚度均匀性、槽深均匀性、平面度、相对平整度、接触电阻、气密性等测试方法。
本文件适用于各种类型的质子交换膜燃料电池用双极板材料和部件。注：双极板材料及双极板部件的界定如下：a）双极板材料：与成品双极板材料状态一致的板材；b）双极板部件：与使用状态一致的成品双极板。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用支件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T230.2金属材料洛氏硬度试验第2部分：硬度计及压头的检验与校准GB/T1958产品几何技术规范(GPS）几何公差检测与验证GB/T4472—2011化工产品密度、相对密度的测定GB/T13465.2不透性石墨材料试验方法第2部分：抗弯强度GB/T19466.4一2016塑料差示扫描量热法(DSC）第4部分：比热容的测定GB/T20042.1一2017质子交换膜燃料电池第1部分：术语GB/T204282006岩石平板
GB/T22588—2008闪光法测量热扩散系数或导热系数GB/T28634微束分析电子探针显微分析块状试样波谱法定量点分析GB/T30693—2014塑料薄膜与水接触角的测量GB/T30707—2014精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法GB/T30902无机化工产品杂质元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES）GB/T31563—2015金属覆盖层厚度测量扫描电镜法GB/T34672化学试剂离子色谱法测定通则JG508四探针电阻率测试仪检定规程3术语和定义
GB/T20042.1—2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
corrosioncurrentdensity
腐蚀电流密度
单位面积双极板材料或部件的表面在模拟燃料电池运行环境中，在腐蚀电位下由于电化学作用引1
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起破坏所产生的电流值。
注1：腐蚀电流密度值大小反映了双极板腐蚀速率的快慢，是表征双极板材料及部件在模拟燃料电池运行环境下耐腐蚀性能的物理量。
注2：腐蚀电流密度单位为微安每平方厘米(μA/cm2）。3.2
接触电阻interfacialcontactresistance两种材料检测区域之间由于接触所产生的电阻注1：双极板的接触电阻主要指双极板对应膜电极有效面积区域与炭纸之间的接触电阻。注2：接触电阻单位为毫欧平方厘米（mQcm2）。3.3
垂直电阻率through-planeresistivity双极板材料在垂直板面方向的电阻率值。注：垂直电阻率单位为毫欧厘米(mQ·cm）。3.4
平面电阻率in-planeresistivity双极板材料在平行板面方向的电阻率值。注：平面电阻率单位为毫欧厘米(mQcm)。3.5
flexuralstrength
抗弯强度
在规定条件下，双极板在弯曲过程中所能承受的最大弯曲应力。注：抗弯强度单位为兆帕(MPa)。3.6
平面度
flatness
双极板在规定压力下，被测部分提取表面上的最高峰点和最低谷点到拟合平面的距离值之和。注1：双极板的平面度直接影响双极板与气体扩散层之间的接触电阻，从而影响电池性能。注2:平面度单位为毫米(mm)。
相对平整度
relativeflatness
双极板在自由状态下的最大弯曲量占双极板长度的百分比。注：双极板的相对平整度直接影响双极板在电池上的装配尺寸精度，从而影响电池性能。4双极板材料抗弯强度测试
4.1测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具：一试验机：精度满足0.5级要求；一试验夹具：不应造成样品破坏；施加负荷时，应满足样品的纵轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合；
一试验压头：半径5.0mm±0.1mm;一测厚仪：精度为1μm，用于测量样品的厚度；一游标卡尺：精度为0.02mm，用于测量样品的长度和宽度。4.2样品准备
4.2.1样品的宽度为25mm±0.5mm、长度为60mm±1mm，样品尺寸也可由测试双方协商决定。2
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样品各处厚度与厚度平均值的偏差不应大于2%，宽度与宽度平均值的偏差不应大于3%，样品截面应是矩形且无倒角。对于经过辊压成型的样品，应在样品平行于辊轴和垂直于辊轴两个方向上分别进行试验。
4.2.2样品数量为5个（保证得到3个有效值），应无褶皱、划痕和破损。4.2.3对于不同批次的样品，应分别抽样。4.3测试方法
4.3.1沿样品长度方向测量宽度和厚度各3次，分别取其平均值。4.3.2调整支座跨距为40mm±0.3mm，将制备好的样品对称地放在两个支座上，且使试验机压头、支座轴向垂直于样品，按照GB/T13465.2应用三点弯曲法对样品抗弯强度进行测试。4.3.3压头以1mm/min的加载速度均匀地给样品施加负荷，直至样品断裂，读取断裂负荷值。4.4数据处理
样品的抗弯强度按照公式(1)进行计算：=(3P× L)/(2b×h2)
式中：
一抗弯强度，单位为兆帕（MPa）;P一断裂负荷值，单位为牛N）；L一支座跨距，单位为毫米（mm）；b一样品宽度，单位为毫米（mm）；h一样品厚度，单位为毫米(mm）取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果，保留一位小数。5双极板材料密度测试
5.1测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具：一分析天平：精度为0.1mg
一温度计：分度值为0.5℃，用于测定空气温度和水温；.......(1)
一金属丝：镍铬铁或铂合金丝，也可由测试双方协商决定，直径小于0.2mm，用于吊挂样品。5.2样品准备
5.2.1样品形状为正方形(5cm×5cm），面积为25cm2;样品形状和尺寸也可由测试双方协商决定。5.2.2用乙醇等溶剂清洗样品表面并干燥。5.2.3除去金属丝上的油脂
5.2.4样品数量为5个(保证得到3个有效值）。5.2.5对于不同批次的样品，应分别抽样。5.3测试方法
按照GB/T4472一2011中4.2.3的静水力学称量法规定的方法进行试验。5.4数据处理
样品的密度按照GB/T4472—2011中4.2.3.4规定的方法进行数据处理。3
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取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果，保留两位小数。6双极板材料电阻测试
6.1测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具：一四探针低阻测量仪：精度为0.1mQcm一测厚仪：精度为1μm，用于测量样品的厚度；一低电阻测量仪：直流模式，精度为0.01mQ;加压装置精度满足0.5级要求。6.2样品准备
6.2.1样品形状为正方形(5cm×5cm），面积为25cm2;样品形状和尺寸也可由测试双方协商决定。6.2.2样品数量为5个（保证得到3个有效值），应无褶皱、划痕和破损。6.2.3对于不同批次的样品，应分别抽样。6.3测试方法
6.3.1平面电阻率测试
6.3.1.1每次测试前应校准测试仪的零点。测试时应避免样品变形、样品表面灰尘等因素的影响。6.3.1.2用四探针低阻测量仪分别在样品靠近边缘和中心的至少5个部位测试，记录不同部位平面电阻率值。
6.3.2垂直电阻率测试
6.3.2.1用低电阻测量仪测试电阻值，测试电极为镀金的铜电极。镀金铜电极与导线之间的连接方式由测试双方协商决定，将低电阻测量仪对测试结果的影响降至最低。6.3.2.2使用测厚仪测量样品厚度，测量位置不少于3个。6.3.2.3按图1所示将样品安装在测试装置上。测试时在样品两侧放置5cm×5cm的炭纸作为支撑物，以进一步改善接触状况。测试过程中，压力每增加0.1MPa记录一个电阻值，直到当前电阻测试值相对前一电阻测试值的变化率≤5%，则认为达到电阻的最小值，停止测试。不同压力下的电阻值记录为Rm。
6.3.2.4每次测试使用同种规格的新炭纸，试验报告中应注明炭纸厂家及型号。注：测试电流密度为40mA/cm2或由测试双方协商决定。测试压力范围一般为0.1MPa~2.0MPa,选取压力为1.5MPa时的电阻值，或由测试双方协商决定。6.3.3接触电阻测试
6.3.3.1用低电阻测量仪测试电阻值，测试电极为镀金的铜电极。镀金铜电极与导线之间的连接方式由测试双方协商决定，将低电阻测量仪对测试结果的影响降至最低。6.3.3.2按图1所示将样品安装在测试装置上。测试时在样品两侧放置5cm×5cm的炭纸作为支撑物，以进一步改善接触状况。测试过程中，压力每增加0.1MPa记录一个电阻值，直到当前电阻测试值相对前一电阻测试值的变化率≤5%，则认为达到电阻的最小值，停止测试。不同压力下的电阻值记录为R1。
6.3.3.3按照相同方法，将1张5cm×5cm炭纸放置在两镀金铜电极间，按照6.3.3.2中所述的方法测试，记录不同压力下的电阻值R。4
6.3.3.4每次测试使用同种规格的新炭纸，试验报告中应注明炭纸厂家及型号GB/T20042.6—2024
注：测试电流密度为40mA/cm2,或由测试双方协商决定。测试压力范围一般为0.1MPa~2.0MPa,选取压力为1.5MPa时的电阻值，或由测试双方协商决定。压力
镀金钢电极
镀金钢电极
注：样品以在其两侧的炭纸作为支撑物，放置在两块镀金铜电极之间。在镀金铜电极两侧施加一定的压力，通过记录不同压力下的电流和电压值，得到不同施加压力下的电阻值。支撑物采用炭纸，电极采用镀金铜电极。图1垂直电阻测试装置示意图
6.4数据处理
6.4.1样品的平面电阻率按照公式(2)进行计算：pbuk =
式中：免费标准下载网bzxz
(pXG×D)/m
P bulk—样品平面电阻率,单位为毫欧厘米(mQ2·cm);p:一不同部位电阻率测试值,单位为毫欧厘米(mQ ·cm) ;G一样品厚度校正系数；
D一样品形状校正系数；
n一测试的数据点数。
注：G和D的取值按照JG508中所述的方法进行计算，一般从仪器使用说明附表中查到。取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果，保留两位小数。6.4.2样品的垂直电阻率按照公式(3)和公式(4)进行计算：(R,-2R,)X S
式中：
pt一样品垂直电阻率，单位为毫欧厘米(mQ·cm）；.（2）
..（3）
Rm一样品本体电阻、两个炭纸本体电阻、两个样品与炭纸间的接触电阻、两个铜电极本体电阻及两个炭纸与铜电极间的接触电阻的总和，单位为毫欧(mQ）；R一炭纸的本体电阻、样品与炭纸间的接触电阻、铜电极本体电阻及炭纸与铜电极间的接触电阻总和，单位为毫欧(m2)；
S样品与炭纸接触面积，单位为平方厘米（cm2）；d一样品的平均厚度，单位为厘米（cm）。5
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取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果，保留两位小数。R=R×,-Raxa
2(d,d,)
式中：
.（4）
Rm1一样品厚度为d1时，样品本体电阻、两个炭纸本体电阻、两个样品与炭纸间的接触电阻两个铜电极本体电阻及两个炭纸与铜电极间的接触电阻的总和，单位为毫欧（mQ）；d，一样品1的平均厚度,单位为厘米(cm）；Rm2一样品厚度为d2时，样品本体电阻、两个炭纸本体电阻、两个样品与炭纸间的接触电阻、两个铜电极本体电阻及两个炭纸与铜电极间的接触电阻的总和，单位为毫欧(m2）；d2一样品2的平均厚度,单位为厘米(cm)。R。取至少四组不同厚度样品计算值的平均值，保留两位小数。注：两次测试样品厚度满足：d1=(1.5~2.0)d2，或由测试双方协商决定。6.4.3样品的接触电阻按照公式(5)进行计算：R=(R1-R2-RBP-Rcp)×S/2
式中：
R一样品与炭纸间的接触电阻,单位为毫欧平方厘米(mQ·cm2）;......5)
R1一样品本体电阻、两个炭纸本体电阻、两个样品与炭纸间的接触电阻、两个铜电极本体电阻及两个炭纸与铜电极间的接触电阻的总和，单位为毫欧（mQ）；R2一两个铜电极本体电阻、炭纸本体电阻及炭纸与两个铜电极间的接触电阻的总和，单位为毫欧(m2)；
RBp一样品垂直方向电阻，单位为毫欧(mQ）；Rcp一炭纸垂直方向电阻，单位为毫欧(mQ）；S一样品与炭纸接触面积,单位为平方厘米(cm2）。注：样品垂直方向电阻及炭纸垂直方向电阻相对于R1，数值比较小，因而忽略不计。取3个有效样品为一组，计算出平均值作为试验结果，保留两位小数。7双极板材料腐蚀电流密度测试
7.1测试仪器
测试仪器包含下列设备及工具：一电化学恒电位测试仪；
一电化学测试池：测试池容量至少300mL用于盛放电解质溶液，材料为玻璃或塑料等耐腐蚀性材料。
注：测试池如图2所示，电解质溶液容量为测试池容量的三分之二。测试池侧面留有开口a，测试时用于放置样品作为工作电极，利用样品对开口a进行密封，样品与电解质溶液接触侧的有效面积至少为1cm2，或由测试双方协商决定。测试池上部设有五个开口开口b用于放置与参比电极相连的盐桥、开口c用于放置通气管、开口d用于放置出气管、开口e用于放置辅助电极、开口f用于置换溶液，开口a、b、e呈一字排布。辅助电极正对工作电极表面，间距8cm~10cm。通气管远离侧壁，下端距离电极至少5cm。盐桥为鲁金毛细管盛装饱和KCl琼脂溶液所构成的体系，毛细管下端放置在距离工作电极表面1mm~3mm处。参比电极与盐桥相连以减小液体接界电势，下端在电解质溶液液面以上至少5mm处。测试池配备控温装置，控温偏差在±2℃以内，控温装置如需插入电解质溶液，则远离电极至少5cm。6
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