■Zwickroell China
前言
在中國實現「碳達峰、碳中和」戰略目標引領下，氫氣能源作為一種可再生清潔高效二次能源，因其資源豐富、來源廣泛、燃燒熱值高、清潔無污染、利用形式多樣、可作為儲能介質及安全性好等優點，將成為中國構建現代清潔能源體系重要的替代性能源。加快氫能發展和應用是應對能源危機和全球環境危機的有效途徑，且已獲得全球共識。
氫能因其性質特殊性對製造、運輸、儲存和加注整個產業鏈帶來諸多挑戰，本文將重點介紹氫能行業對材料測試技術挑戰，以及ZwickRoell在製氫和用氫上的解決方案，在接下來的幾期雜誌中我們還將持續介紹ZwickRoell在複合材料氫儲罐和金屬材料氫運輸管道中的應用方案，敬請期待！
氫能應用對材料測試技術的挑戰
測試複雜性
氫能行業測試涉及各種材料，包括高分子材料、複合材料、金屬材料和陶瓷等。除了材料測試，還會涉及產品測試，測試種類也是多樣複雜，如靜態、動態、蠕變測試。另外，在能源行業除了材料和產品的機械性能，物理性能、化學性能和電性能也是非常重要的方面。
測試安全性
氫氣是一種易燃易爆的氣體，在氫氣環境下進行測試時，安全性是非常重要的一個因素，構建實驗室氫氣測試的環境也是目前行業內非常關注的一點。
測試標準化問題
目前氫能行業測試一大問題是測試的標準化，缺少統一的方法規範測試，導致測試的多樣化。
測試成本高昂
需要考慮如何在有效預算內找到合適的解決方案，以解決客戶的問題。
經驗缺乏
在氫能行業應用中有很多新的挑戰，對於如何進行測試以及測試結果分析和測試結果與產品性能的關係分析還缺少足夠的認識。
測試設備的生命週期
在氫能行業測試過程中，會有如高壓、超低溫的測試環境，對設備本身的製造和使用週期帶來很大挑戰，測試過程中的各種不確定性，以及隨著氫能行業的發展新需求的不斷出現，又對設備的升級等提出了新的挑戰。
氫能行業測試需求── 水電解設備和氫燃料電池
根據製氫方法的不同，定義了灰氫、藍氫和綠氫三種不同類型。
- 灰氫：最常見的氫的形式，從化石燃料中產生，這個過程會釋放出沒有被捕獲的二氧化碳。
- 藍氫：藍氫與灰氫的生產方式相同，不同點在於過程中產生的碳會被捕捉並儲存起來。
- 綠氫：由零排放源製得。
由零排放源如水電解製氫製得的綠氫是未來製氫的主要發展方向，而質子交換膜(PEM)水電解也被認為是未來的主流，具有很大的潛力。作為最典型的氫能終端應用，質子交換膜(PEM)氫燃料電池因其應用範圍廣、工作溫度合適，也被認為是目前以及未來市場上的主流產品。
氫的水電解槽和氫燃料電池在結構上非常相似，均由含催化劑鍍層的高分子薄膜(MEA)、氣體交換層(GDL)和雙極板(BPP)組成。
氫燃料電池的各個組件以及裝配組裝的過程中都需要進行相關機械性能、物理化學性能等的測試。如質子交換膜上催化層和高分子薄膜的黏附力測試。另外，電池組裝最後還需要進行氣密性檢測。目前ZwickRoell解決方案可以滿足氫燃料電池機械性能測試的絕大部分需求。
ZwickRoell能為您做什麽？
ZwickRoell可為您提供覆蓋整個氫能產業鏈的材料測試解決方案，涉及各個組分的測試以及整個燃料電池的測試，如薄膜的拉伸、蠕變和剝離測試，以及雙極板的彎曲和穿刺測試。
典型測試──氣體擴散層厚度、導電率和滲透率測試
電池在裝配的過程中機械性能會發生變化，而這種變化與產品的性能密切相關，ZwickRoell提供了一種組合解決方案，可以給出氫燃料電池氣體擴散層壓縮時厚度、導電率和滲透率的變化結果，即模擬分析電池在加壓固定過程中性能的變化，詳見圖4。
典型測試──雙極板彎曲測試
雙極板占整個堆棧重量的60%以上，製造薄層雙極板不僅在材料上也在工藝上帶來了挑戰，因此雙極板的抗彎強度測試也是非常重要的。
典型測試──燃料電池氣密性測試
燃料電池在工作的過程中會有氫氣流動，因此其氣密性是非常重要的一個參數，是研發質量品控的重要參考，通常情况是測試壓力狀態下厚度的變化。
資料來源
- 本文經ZwickRoell授權後刊登，引用自https://mp.weixin.qq.com/s/Spy0VlA-G7ovM_bADyp8Ow
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