МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ    ГОСТ

стандарт    IEC/TS    62282-7-1—

2016

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНЫХ БАТАРЕЙ

Часть 7-1

Топливные элементы с полимерным электролитом. Методы испытаний единичного элемента

(IEC/TS 62282-7-1:2010, ЮТ)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2017

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные. правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «КВТ» (ООО «КВТ») и Некоммерческим партнерством «Национальная ассоциация водородной энергетики» (НП «НАВЭ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 5 международного стандарта

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 029 «Водородные технологии»

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 октября 2016 г. Ne 92-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004—97 Код страны по МК (ИСО 3166)004—97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Азербайджан А2 Аз стандарт Армения AM Минэкономики Республики Армения Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Грузия GE Грузстандарт Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан Киргизия KG Кыргызстандарт Молдова MD Молдова-Стандарт Россия RU Росстандарт Таджикистан TJ Таджикстандарт Узбекистан UZ Уэстандарт Украина UA Минэкономразвития Украины

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 1 августа 2017 г. № 778-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC/TS 62282-7-1—2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 сентября 2017 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TS 62282-7-1:2010 «Технологии топливных элементов. Часть 7-1. Методы испытания простых топливных элементов с полимерным электролитом» («Fuel cell technologies. Part 7-1. Single cell test methods for polymer electrolyte fuel cell (PEFC)», IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом по стандартизации «Водородные технологии» ISO/TS 197 Международной организации по стандартизации (ISO).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных документов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ГОСТ IEC/TS 62282-7-1—2016

внешней поверхности пластины. Альтернативным способом является помещение патронного нагревательного элемента в отверстие в пластине.

В любом случае для обеспечения электробезопасности следует обращать внимание на исправность электрической изоляции.

6 Сборка элементов

6.1 Процедуры сборки

Процедуры сборки элементов оказывают большое влияние на повторяемость данных. Сборочные операции следует задокументировать для следующих основных и дополнительных процедур:

a)    установка мембраны, включая идентификацию анодной и катодной сторон:

b)    определение расположения ГДС. включая идентификацию анодных и катодных частей, а также областей, которые должны быть обращены к мембране и проточной области:

c)    размещение прокладок/уплотнений;

d)    определение расположения приспособлений и кондукторов, если таковые используются;

e)    методики и требования к процессу сжатия, такие как степень сжатия диффузионных сред, порядок затяжки болтов, требования к пружинам сжатия и моменту затяжки

Примечание — Давление может проверяться с помощью бумаги/пленки, чувствительной к давлению

Типовая схема единичного элемента показана в приложении В. После сборки единичного элемента следует проверить электрическую изоляцию между прижимными пластинами и токовыми коллекторами.

6.2    Пространственная ориентация элемента

Элемент должен функционировать в положении, которое способствует удалению воды. Пространственная ориентация элемента должна быть зафиксирована документально. Примеры приведены в приложении А.

6.3    Проверка герметичности

Наиболее критичным компонентом единичного элемента с точки зрения герметичности является перепад давления на мембране топливного элемента. Значение перепада не должно превышать максимальный перепад, указанный производителем.

Топливный элемент должен иметь минимальные внешние и внутренние утечки. Примеры процедур проверки герметичности приведены в приложении С. По существу, процедура проверки герметичности состоит во введении инертного или тестового газа со стороны анода и катода. Путем использования соответствующего перепада давлений можно установить характер и направление утечки. Должны быть задокументированы максимальные давления, тип тестового газа и интенсивность утечки. Если обнаружена утечка, для дальнейшего определения характера утечки, могут выполняться другие тесты, такие как проверка на наличие пузырьков газа утечки.

7 Наладка испытательного стенда

7.1 Минимальные требования к оборудованию

Для проведения испытаний единичного элемента требуется испытательный стенд. Для соответствия целям методики испытаний минимальные функциональные возможности испытательного оборудования включают в себя:

a)    управление расходом газообразных реагентов — для дозирования газообразного топлива и окислителя, подаваемых в топпивный элемент при требуемой электрохимической стехиометрии;

b)    управление увлажнением газообразных реагентов — для увлажнения газообразных реагентов до требуемой точки росы перед подачей в топливный элемент. Рекомендуемое удельное электрическое сопротивление воды — не менее 1 МОм см (или удельная электрическая проводимость — не более 10"⁴ см/м^-1).

Примечание — Трубопроводы, транспортирующие газы между увлажнителями и элементом, для сведения конденсации к минимуму должны быть нагреты на 5*—10° выше точки росы;

5

c)    управление давлением газовых реагентов — для регулирования давления внутри топливного элемента;

d)    регулирование нагрузки — блок нагрузки для получения заданного значения тока элемента. Блок нагрузки должен работать либо в режиме стабилизации тока, либо в режиме стабилизации напряжения;

e)    управление нагревом/охлаждением элемента — для нагрева или охлаждения единичного элемента до заданной рабочей температуры;

О мониторинг и регистрация напряжения элемента — измерительные приборы для определения и регистрации напряжения элемента в течение испытания;

д) управление испытательным стендом — испытательный стенд должен иметь средства управления вышеперечисленными функциями;

h) системы безопасности — необходима система безопасности, позволяющая автоматически (или вручную со звуковой сигнализацией) остановить проведение испытания в случае аварии. Рекомендуется продувка азотом анодного и катодного контуров. Также рекомендуется использовать блокировку, включаемую при высоком/низком напряжении, давлении и температуре элемента и утечках газа. Также должна обеспечиваться соответствующая вентиляция.

7.2 Принципиальная схема

На рисунке 1 показана конфигурация основных подсистем, стенда, необходимых для испытаний топливного элемента.

Рисунок 1 — Принципиальная схема стенда для испытания единичного элемента

Материалы, используемые во всех компонентах, которые будут контактировать с увлажненным газом или водой, должны быть совместимы с этими ингредиентами. Например, не допускается наличие частиц нержавеющей стали и фторопласта. Система увлажнения газа должна быть спроектирована так. чтобы предотвратить удаление примесей из потока газа до входа этого газа в топливный элемент.

Примечание — Возможные примеси перечислены в ISC^TS 14687-2 2008

Если данное испытание не проводят, то для увлажнения топлива может использоваться барботер. Допустимы изменения данной конфигурации испытательного стенда при условии, что обеспечивается выполнение функциональных требований настоящего стандарта.

7.3 Максимальные отклонения от номинальных значений для стенда

Регуляторы испытательного стенда единичного топливного элемента должны иметь следующую рекомендуемую неопределенность при установке параметров:

a)    плотность тока ± 1 %;

b)    напряжение ± 1 %;

ГОСТ lECrrS 62282-7-1—2016

c)    температура элемента ± 1 °С (в установившемся режиме);

d)    точка росы ± 2 °С (в установившемся режиме);

e)    расход рабочих тел ± 5 % от заданного значения;

0 давление ± 3 % от заданного значения.

8 Измерения

8.1    Неопределенность измерений

При испытаниях максимальная неопределенность, связанная с применением инструментов и оборудования (выходы объекта испытаний), должна соответствовать;

a)    плотность тока ± 1 % от максимального ожидаемого значения;

b)    напряжение ± 0,5 % от максимального ожидаемого значения;

c)    температура ± I^е С;

d)    точка росы ± 2^е С;

e)    расход газа ± 2 % от максимального ожидаемого значения;

0 давление ± 3 % от максимального ожидаемого значения.

Примечание — При низком токе, напряжении и небольших расходах реагентов неопределенность измеряемых значений может возрастать

8.2    Измерительные приборы и методы измерений

8.2.1    Общие положения

Выбор измерительных приборов следует проводить с учетом диапазона изменения измеряемых величин. Для поддержания уровня точности, определенного в 10.1. следует проводить регулярную калибровку приборов. Все измерительные устройства калибруют в соответствии со стандартами, определяющими единство измерений.

8.2.2    Напряжение

Вольтметр необходимо подключать к анодным и катодным газораспределительным пластинам или коллекторам тока, при этом влияние электрического контактного сопротивления необходимо сводить к минимуму. Если значения электрических контактных сопротивлений между вольтметром, анодной и катодной газораспределительными пластинами или выходными клеммами анодных или катодных токовых коллекторов не являются пренебрежимо малыми, то их следует измерять и фиксировать в протоколе испытаний.

8.2.3    Ток

Устройство измерения тока должно быть расположено в токоведущей цепи элемента. Устройство измерения тока может состоять из амперметра с низким сопротивлением или калиброванного шунтирующего резистора, который создает точно известное напряжение, отражающее протекание тока. Ток также допускается измерять с использованием возможностей электронной нагрузки.

8.2.4    Внутреннее сопротивление

Рекомендуемые методы измерения внутреннего сопротивления включают в себя метод прерывания тока и метод электрохимической импедансной спектроскопии. Также допустимо применение метода сопротивления переменному току с использованием миллиомметра переменного тока Фактическое значение частоты следует фиксировать в протоколе испытаний. Измерительные выводы «+». «-» измерительных приборов должны быть подключены к выходным клеммам катодного и анодного токовых коллекторов соответственно.

8.2.5    Расходы топлива и окислителя

Расходы топлива и окислителя измеряют с помощью объемного расходомера, массового расходомера или расходомера турбинного типа Если применение такого метода нецелесообразно, рекомендуется измерение расхода с помощью сопла, измерительной диафрагмы или расходомера Вентури. Расходомер должен быть расположен до увлажнителя.

Если для расходомера требуется коррекция по давлению, то отверстие для измерения статического давления должно находиться сразу же вверх по потоку от корректируемого расходомера

7

8.2.6    Температура топлива и окислителя

Рекомендуемые датчики для прямого измерения температуры — это термопара, термометр сопротивления с преобразователем или терморезистор.

Датчик температуры должен быть расположен сразу же вниз по потоку от единичного элемента. Другой датчик рекомендуется размещать сразу же вверх по потоку от единичного элемента.

Если для расходомера топлива и/или окислителя требуется коррекция по температуре, то датчик для такой коррекции должен быть расположен сразу же вверх по потоку от расходомера.

8.2.7    Температура элемента

Рекомендуемые датчики для прямого измерения температуры — это термопара, термометр сопротивления с преобразователем или терморезистор.

Датчик температуры следует размещать как можно ближе к центру активной области катода. Идеальным вариантом является размещение датчиков в центре анодной и катодной пластин газораспределения (более подробная информация в 5.5 и приложении А).

8.2.8    Давление топлива и окислителя

Для измерения давления топлива и окислителя предпочтительным является использование калиброванных датчиков давления. Другие допустимые методы включают в себя использование калиброванных манометров, грузопоршневых манометров, манометров с трубкой Бурдона и других датчиков избыточного давления с упругими элементами.

Отверстие для измерения статического давления должно быть расположено непосредственно выше по потоку от единичного элемента. При необходимости непосредственно вниз по потоку от единичного элемента должно быть расположено еще одно отверстие для измерения давления.

Перед проведением испытаний для определения рабочих характеристик необходимо проверить соединительные трубопроводы, чтобы удостовериться, что в рабочих условиях они герметичны. Следует исключать присутствие воды в трубопроводах.

Если возникают пульсации давления, в месте, где это будет эффективно, должно быть установлено соответствующее средство демпфирования колебаний.

Давление следует измерять в виде статического параметра, при этом влияние скорости должно учитываться и исключаться.

8.2.9    Влажность топлива и окислителя

Чтобы получить числовое значение влажности, зависящее от температур топлива и окислителя, при измерении влажности топлива и окислителя допускается применять охлажденное зеркало, гигрометр резистивного или емкостного типа на основе оксида алюминия или блочного полимера Влажность должна выражаться как температура точки росы. Пробоотборник для измерения влажности должен быть расположен вверх по потоку от единичного элемента, или датчик влажности может быть помещен в газе-реагенте до начала испытания. В случае использования в качестве окислителя атмосферного воздуха или синтетического воздуха точку росы следует измерять и фиксировать в протоколе испытаний.

8.2.10    Условия окружающей среды

Рекомендуется измерять и отражать в протоколе испытаний температуру, давление и влажность окружающей среды. Для прямого измерения температуры окружающей среды рекомендуется использовать термопары с преобразователем или термометр сопротивления с преобразователем. Для прямого измерения давления окружающей среды рекомендуется использовать ртутный барометр. Для прямого измерения влажности окружающей среды рекомендуется использовать гигрометр.

8.3 Единицы измерения

В таблице 1 определены параметры, анализируемые во время испытаний, и соответствующие единицы измерения.

Таблица1 — Параметры и единицы измерения

Параметр Единица измерения Температура •с Давление топлива и окислителя кПас

Окончание таблицы 1

Параметр Единица измерения Точка росы топлива и окислителя •с Расход топлива и окислителя (НТДа) см3 /мин, см3/с Стехиометрия топлива и окислителя Ток А Плотность тока А/см Напряжение В Выходная мощность Вт Плотность мощности Вт/ см Удельное сопротивление элемента Ом см2 Состав топлива ь (моль^оль*1 Состав окислителя ь (моль)моль'1 а НТД — нормальная температура и давление 0 еС и 101.325 кПа (абсолютные значения), если не оговорено иначе, для расхода используется НТД 6 Примеси должны указываться в (мкмоль)моль*1. с ИСО рекомендует использовать абсолютное давление (кПа), если это возможно, если используется избыточное давление, это должно указываться и приводиться в кПа (изб ).

9 Состав газа

9.1    Состав топлива

9.1.1    Водород

Чистота водорода должна быть не менее 0,9999 моль/моль. Подробная информация по содержанию примесей в водороде приведена в ISOrTS 14687-2:2008г.

9.1.2    Газы риформинга

Производителем топливных элементов или их компонентов может быть указан моделированный газ риформинга. Чистоту и состав газа риформинга следует определять с помощью химического анализа. Результаты химического анализа необходимо зафиксировать в протоколе испытаний.

9.2    Состав окислителя

Если в качестве окислителя используют воздух, то в этом случае допускается использовать либо атмосферный воздух, либо синтетическую смесь соответствующего состава (синтетический воздух). В случае использования атмосферного воздуха реагент не должен содержать масло или твердые частицы. Состав окислителя, включая концентрацию примесей, следует зафиксировать в протоколе испытаний.

10 Подготовка испытаний

10.1 Номинальные условия испытаний

Производитель топливных элементов и/или компонентов топливных элементов до начала испытания должен указать значения следующих параметров в качестве номинальных условий испытаний. Если указания отсутствуют, условия будут зависеть от выполняемого исследования. Эти условия следует зафиксировать в протоколе испытаний:

а) температура элемента (рекомендованная: в центре катодной газораспределительной пластины);

9

b)    рабочее давление топлива (репрезентативное значение: определяется непосредственно вверх по потоку от элемента);

c)    рабочее давление окислителя (репрезентативное значение: определяется непосредственно вверх по потоку от элемента);

d)    влажность топлива при рабочей температуре топливного элемента (репрезентативное значение: определяется непосредственно вверх по потоку от элемента);

e)    влажность окислителя при рабочей температуре топливного элемента (репрезентативное значение: определяется непосредственно вверх по потоку от элемента);

О состав топлива;

д) состав окислителя:

h) стехиометрия топлива:

О стехиометрия окислителя;

j)    номинальная плотность тока;

k)    номинальное напряжение;

l)    максимальная плотность тока;

т) минимальное напряжение элемента.

Испытания для определения рабочих характеристик проводят при номинальных условиях, если не оговорено иное в описании соответствующих методик испытаний. Типовая последовательность проведения испытаний приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Типовая последовательность операций при проведении испытаний

10.2    Условия окружающей среды

Для каждой серии испытаний рекомендуется измерять параметры окружающей среды:

-    температуру;

-давление;

-    относительную влажность.

10.3    Частота выполнения измерений

Рекомендуемая частота выборки данных — один раз в секунду. Результат измерения показателя определяется как среднее значение за 1 мин (т. е. 60 единичных измерений).

10.4    Повторяемость и воспроизводимость

Вольт-амперную характеристику следует измерять три раза, при этом для каждой плотности тока вычисляют средние значения напряжения.

10.5    Максимально допустимые отклонения измеренных значений

Значения входных и выходных параметров испытаний, полученные при проведении не менее чем трех измерений, должны находиться в диапазоне ± 5 % от их среднего значения за исключением испытаний, связанных с длительной эксплуатацией.

10.6    Число испытуемых образцов

Испытания проводят последовательно с использованием одного образца либо параллельно с использованием нескольких образцов. Требования к повторяемости и воспроизводимости результатов ограничиваются только требованиями к определению вольт-амперной характеристики. Характеристики определяют последовательно. Между экспериментами производится останов топливного элемента. При этом образец должен термостатироваться в условиях, соответствующих внешним параметрам окружающей среды, а затем выводиться в рабочее состояние.

Ю

ГОСТ lECrrS 62282-7-1—2016

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ. 2017

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен. тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ IEC/TS 62282-7-1—2016

Содержание

1    Область применения ............................................................... 1

2    Нормативные ссылки................................................................ 1

3    Термины и определения............................................................. 1

4    Общие вопросы безопасности........................................................ 3

5    Компоненты топливного элемента..................................................... 3

5.1    Общие положения.............................................................. 3

5.2    Определение размера мембранно-электродного блока................................ 3

5.3    Газодиффузионный слой......................................................... 3

5.4    Уплотнительный материал........................................................ 3

5.5    Газораспределительная пластина.................................................. 4

5.6    Коллектор тока................................................................. 4

5.7    Прижимная пластина............................................................ 4

5.8    Стягивающие крепежные изделия................................................. 4

5.9    Устройство терморегулирования................................................... 4

6    Сборка элементов.................................................................. 5

6.1    Процедуры сборки.............................................................. 5

6.2    Пространственная ориентация элемента............................................ 5

6.3    Проверка герметичности......................................................... 5

7    Наладка испытательного стенда...................................................... 5

7.1    Минимальные требования к оборудованию.......................................... 5

7.2    Принципиальная схема.......................................................... 6

7.3    Максимальные отклонения от номинальных значений для стенда....................... 6

8    Измерения........................................................................ 7

8.1    Неопределенность измерений..................................................... 7

8.2    Измерительные приборы и методы измерений....................................... 7

8.3    Единицы измерения............................................................. 8

9    Состав газа........................................................................ 9

9.1    Состав топлива................................................................. 9

9.2    Состав окислителя.............................................................. 9

10    Подготовка испытаний.............................................................. 9

10.1    Номинальные условия испытаний................................................ 9

10.2    Условия окружающей среды.....................................................10

10.3    Частота выполнения измерений..................................................10

10.4    Повторяемость и воспроизводимость..............................................10

10.5    Максимально допустимые отклонения измеренных значений.......................... 10

10.6    Число испытуемых образцов..................................................... 10

10.7    Проверка герметичности газового тракта инертным или тестовым газом................. 11

10.8    Первоначальное приведение в рабочее состояние и контроль параметров............... 11

10.9    Останов...................................................................... 11

10.10    Повторное приведение в рабочее состояние....................................... 11

11    Испытания для определения рабочих характеристик..................................... 11

11.1    Проверка установившегося состояния............................................. 11

11.2    Проверка вольт-амлерной характеристики..........................................12

11.3    Определение внутреннего сопротивления..........................................12

11.4    Проверка предельного тока......................................................13

11.5    Проверка диффузионных характеристик........................................... 13

11.6    Проверка влияния электрохимической стехиометрии реагентов........................ 14

11.7    Проверка влияния температуры..................................................15

11.8    Проверка влияния давления..................................................... 15

11.9    Проверка влияния влажности.................................................... 15

11.10    Оценка влияния состава топлива................................................ 16

ГОСТ IEC/TS 62282-7-1—2016

11.11    Испытание на перегрузку....................................................... 16

11.12    Ресурсные испытания.......................................................... 16

11.13 Испытание на многократное повторение цикпа пуск/останов.......................... 16

11.14 Испытание при цикпическом изменении нагрузки................................... 17

11.15    Оценка впияния примесей ...................................................... 17

12 Протокоп испытаний............................................................... 18

12.1    Общие попожения............................................................. 18

12.2    Пункты протокопа испытаний.................................................... 19

12.3    Описание данных испытаний..................................................... 19

12.4    Описание усповий измерений.................................................... 19

12.5    Описание данных об эпементе................................................... 19

Припожение А (справочное) Ппастина газораспредепитепьная...............................20

Припожение В (справочное) Распопожение компонентов эпемента...........................22

Припожение С (справочное) Проверка герметичности......................................23

Припожение D (справочное) Первоначапьное приведение единичного эпемента

в рабочее состояние.....................................................24

Припожение Е (справочное) Останов....................................................25

Припожение F (справочное) Повторное приведение в рабочее состояние единичного эпемента ... 26

Припожение G (справочное) Проверка вопьт-амперной характеристики........................27

Припожение Н (справочное) Выпопнение циклов пуск/останов...............................28

Приложение I (справочное) Испытание на циклическое изменение нагрузки....................29

Приложение J (справочное) Протоколы испытаний.........................................31

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных документов

межгосударственным стандартам..........................................36

Библиография.......................................................................37

V

Введение

Международная электротехническая комиссия (МЭК) — всемирная организация по стандартизации. объединяющая национальные технические комитеты (национальные комитеты МЭК). Основная задача МЭК — продвижение международного сотрудничества по вопросам стандартизации в областях электротехники и электроники. С этой целью МЭК публикует международные стандарты, технические условия, технические отчеты, общедоступные спецификации и руководства (именуемые в дальнейшем «документы МЭК»), Подготовка этих документов поручена техническим комитетам. Национальный комитет МЭК, заинтересованный в разработке стандарта, может принять участие в подготовительной работе Международные, правительственные и неправительственные организации, поддерживающие связь с МЭК. могут также принять участие в этой работе МЭК тесно сотрудничает с Международной организацией по стандартизации (ИСО) в соответствии с условиями, установленными в соглашении между двумя организациями. Официальные решения или соглашения МЭК по техническим вопросам выражают, насколько это возможно, мнение, выработанное совместными усилиями по соответствующим вопросам, поскольку в каждом техническом комитете присутствуют представители от всех заинтересованных национальных комитетов МЭК.

Публикации МЭК носят характер рекомендаций для международного использования и принимаются национальными комитетами МЭК с учетом этого факта. Хотя делается все возможное для того, чтобы обеспечить точность технического содержания публикаций. МЭК не может нести ответственность за способ использования этих публикаций или за их неправильное толкование конечным пользователем. Для обеспечения единообразия международных документов национальные комитеты МЭК предпринимают все возможные усилия для прозрачного использования документов МЭК в национальных и региональных публикациях.

Перечень всех частей комплекса документов МЭК 62282 под общим заголовком «Технологии топливных элементов» можно найти на сайте МЭК.

Технический комитет ТК 105 принял решение о том. что содержание публикации будет оставаться неизменным до наступления даты, указанной на веб сайте МЭК (http://webstore.iec.chl в разделе данных. относящихся к этой конкретной публикации.

Подготовка настоящего стандарта, идентичного IEC/TS 62282-7-1:2010. осуществлялась Техническим комитетом по стандартизации ТК 029 «Водородные технологии» в обеспечение Технического регламента Таможенного союза «О безопасности машин и оборудования» (ТР ТС 010/2011).

VI

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНЫХ БАТАРЕЙ Часть 7-1

Топливные элементы с полимерным электролитом.

Методы испытаний единичного элемента

Fuel cell technologies Part 7-1. Single cell test methods for polymer electrolyte fuel cell

Дата введения — 2017—09—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на соединения элементов, испытательную аппаратуру, измерительные приборы, методы измерений, методы проверки технических характеристик, протоколы (отчеты) испытаний единичных топливных элементов с полимерным электролитом (далее — ТЭПЭ) и может быть использован для оценки:

a)    рабочих характеристик мембранно-электродного блока (МЭБ) для ТЭПЭ;

b)    материалов или конструкций других компонентов ТЭПЭ;

c)    влияния примесей, находящихся в топливе и/или в воздухе, на работу топливных элементов.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы следующие международные стандарты. Для датированных ссылок применяются только указанные издания ссылочного документа.

IEC/TS 62282-1:2010. Fuel cell technologies — Part 1: Terminology (Технологии топливных элементов. Часть 1. Терминология).

ISG/TS 14687-2:2008, Hydrogen fuel — Product specification — Part 2. Proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications for road vehicles (Топливо водородное. Технические условия. Часть 2: Применение водорода для топливных элементов с протонообменной мембраной (ПОМ) дорожных транспортных средств).

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    анод (anode): Электрод, на котором происходит окисление топлива посредством движения электронов по внешней электрической цепи одновременно с движением протонов (FT) через полимерный электролит.

3.2    катализатор (catalyst): Вещество, которое ускоряет (увеличивает скорость) реакцию, но само не входит в состав продуктов реакции и не расходуется. Катализатор снижает энергию активации реакции. что приводит к увеличению ее скорости. Это также относится к электрокатализатору, который определен в 1ЕСЯБ 62282-1.

3.3    мембрана с нанесенным катализатором (catalyst-coated membrane. ССМ): Мембрана в топливном элементе с ТЭПЭ. поверхность которой покрыта слоем катализатора, с образованием зоны реакции электрода.

3.4    катод (cathode): Электрод, на котором происходит восстановление окислителя, обусловленное движением электронов во внешней цепи и протонов (Н+) через полимерный электролит, сопровождаемое выделением продуктов восстановления окислителя (воды).

Издание официальное

3.5    прижимная пластина (clamping plate or pressure plate): Несущая конструкция, используемая для прижатия компонентов топливного элемента друг к другу для обеспечения электропроводности и герметичности.

3.6    коллектор тока (current collector): Электропроводящий элемент, состоящий из металла, графита или композитных материалов, обеспечивающий движение электрического тока от анода к катоду.

3.7    электрод (electrode): Электрический проводник с каталитическим слоем, который способствует протеканию либо реакции окисления, либо реакции восстановления и имеет как электронную, так и ионную проводимость.

3.8    газораспределительная пластина (flow plate): Электропроводящая пластина, изготовленная из металлов, материалов, таких как графит или электропроводящий полимер, например углеродонаполненный композит, встраиваемая в тракты подачи газообразного топлива или окислителя и имеющая электрический контакт с электродом.

3.9    топливо (fuel): Водород или водородосодержащий газ. который вступает в реакцию на аноде.

3.10    топливный элемент: ТЭ (fuel cell): Электрохимический источник тока, который преобразует химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию (постоянный ток), тепло и продукты реакции. Топливо и окислитель обычно хранятся снаружи топливного элемента и подаются в топливный элемент по мере потребления реагентов.

3.11    газодиффузионный электрод, ГДЭ (gas diffusion electrode; GDE): Элемент со стороны анода или катода, содержащий все электронные проводящие элементы электрода, такие как газодиффузионный слой и слой катализатора.

3.12    газодиффузионный слой; ГДС (gas diffusion layer; GDL): Пористый электропроводящий элемент. который расположен между электродом и газораспределительной пластиной, служит электрическим контактом и обеспечивает доступ.

3.13    прокладка (gasket): Герметизирующий элемент конструкции, который предотвращает утечку газа из элемента.

3.14    предельная плотность тока (limiting current density): Плотность тока, при которой напряжение элемента резко снижается до значения, близкого к нулю.

3.15    максимальная плотность тока (maximum current density): Наивысшее значение плотности тока, указанное производителем как допустимое в течение короткого периода времени.

3.16    мембранно-электродный блок: МЭБ (membrane electrode assembly; МЕА): Компонент топливного элемента (см. 3.10), состоящий из электролитной мембраны с газодиффузионными электродами (см. 3.11) на каждой из сторон.

3.17    минимальное напряжение элемента (minimum cell voltage): Наименьшее значение напряжения элемента, указанное производителем.

3.18    напряжение разомкнутой цепи (open circuit voltage; OCV): Напряжение элемента при нулевой плотности тока в рабочих условиях.

3.19    окислитель (oxidant): Кислород или кислородосодержащий газ (например, воздух), который вступает в реакцию на катоде.

3.20    полимерный электролит (polymer electrolyte): Мембрана из полимерной смолы, обладающая протонообменными характеристиками, в которой ток создается движением протонов от анода к катоду.

3.21    топливный элемент с полимерным электролитом; ТЭПЭ (polymer electrolyte fuel cell; PEFC): Топливный элемент, в котором в качестве электролита используется мембрана из полимерного электролита, который также называется топливным элементом с протонообменной мембраной (ТЭПОМ).

3.22    мощность (power): Величина, вычисляемая путем умножения значения напряжения на значение тока на установившемся режиме (Р = V I).

3.23    удельная мощность (power density): Величина, вычисляемая путем деления значения мощности на геометрическую площадь электрода.

3.24    номинальная плотность тока (rated current density): Максимальная плотность тока, указанная производителем МЭБ. или единичного элемента для работы в непрерывном режиме.

3.25    номинальная удельная мощность (rated power density): Максимальная удельная мощность. указанная производителем МЭБ. или единичного элемента для работы в непрерывном режиме.

3.26    номинальное напряжение (rated voltage): Минимальное напряжение элемента, указанное производителем МЭБ. или единичного (простого) элемента для работы в непрерывном режиме. ¹

ГОСТ IEC/TS 62282-7-1—2016

3.27    единичный (простой) элемент (single cell): Элемент, состоящий, как правило, из газораспределительной пластины анода. МЭБ. газораспределительной пластины катода и герметизирующих прокладок (для получения дополнительной информации см. приложение В).

3.28    испытание единичного (простого) элемента (single cell test): Проверка рабочих характеристик единичного топливного элемента.

3.29    электрохимическая стехиометрия, стехиометрия (stoichiometry): Молярное отношение количества газов топлива (или окислителя), подаваемых в элемент, к вычисленному на основе электрического тока количеству газов, которое необходимо для протекания химической реакции.

4    Общие вопросы безопасности

При работе топливного элемента используются окислительные и восстановительные газы Для их хранения могут использоваться сосуды высокого давления. Сам топливный элемент может функционировать как при атмосферном давлении, так и при давлениях, превышающих атмосферное давление.

Лица, выполняющие испытания единичных (простых) элементов, должны пройти обучение и иметь опыт эксплуатации систем, связанных с их испытаниями и. в частности, опыт безопасного использования электрооборудования и оборудования, содержащего химически активные и взрывоопасные сжатые газы. Для безопасной эксплуатации испытательной станции, предназначенной для работы с единичными (простыми) топливными элементами, необходима соответствующая техническая подготовка и опыт работы персонала, а также использование безопасной аппаратуры и оборудования, требования безопасности к которым находятся вне сферы действия настоящего стандарта.

5    Компоненты топливного элемента

5.1    Общие положения

Единичный (простой) топливный элемент должен включать все или часть из нижеперечисленных компонентов:

a)    МЭБ.

b)    уплотнительные прокладки,

c)    газораспределительные пластины анода и катода,

d)    коллекторы тока анода и катода,

e)    прижимные пластины анода и катода.

0 электроизоляционные пластины.

д) крепежные изделия или средства для создания осевой нагрузки, которые могут включать болты. шайбы, пружины и т. д.,

h)    устройства регулирования температуры.

i)    прочие узлы и детали.

5.2    Определение размера мембранно-электродного блока

Площадь электрода должна быть такой, чтобы обеспечивать измерение необходимых параметров. Площадь электрода должна быть не менее 25 см¹. Элементы с более крупными электродами могут давать более релевантные данные. Должна быть определена активная площадь электродов, при этом должно указываться значение площади меньшего из двух электродов, а также значение неопределенности измерения указанного параметра.

5.3    Газодиффузионный слой

ГДС должен быть изготовлен из электропроводящих и коррозионно-стойких материалов с высокими газодиффузионными характеристиками.

5.4    Уплотнительный материал

Материал прокладок должен быть совместим с материалами компонентов топливного элемента, реагентами и продуктами реакции, а также соответствовать рабочей температуре элемента. Прокладки должны предотвращать утечку газов.

3

5.5    Газораспределительная пластина

Газораспределительная пластина рабочих сред должна быть изготовлена из материалов, которые имеют пренебрежимо низкую газопроницаемость, но при этом высокую электропроводность. Рекомендуется использовать высокоплотные полимер/углеродные композитные материалы с пропиткой смолой из синтетического графита или коррозионно-стойкий металл, такой как титан или нержавеющая сталь. Если используется металл, поверхность пластины может иметь покрытие (например, из золота), нанесенное плакированием или электролитическим способом для того, чтобы уменьшить контактное сопротивление. Газораспределительная пластина должна быть коррозионно-стойкой и должна обеспечивать необходимую герметичность.

Рекомендуется использовать проточный змеевидный канал. Дополнительная информация по рекомендуемой конструкции приведена в приложении А. Конфигурация потока должна быть отражена в протоколе испытаний.

Газораспределительные пластины для испытаний должны обеспечивать возможность точного измерения рабочей температуры элемента. Например, такие пластины могут иметь небольшое отверстие на боковой поверхности для размещения в нем датчика температуры. В этом случае отверстие может доходить до центра пластины.

Примечание — Если цель испытания — оценка конструкции конкретного проточного канала, рекомендуемую конструкцию газораспределительной пластины использовать необязательно

5.6    Коллектор тока

Коллекторы тока топливного элемента следует изготавливать из материалов, обладающих высокой электропроводностью, например из металла. Металлические коллекторы тока могут быть покрыты материалами, снижающими контактное сопротивление, такими как золото или серебро. Покрытие должно быть совместимо с компонентами элемента, реагентами и продуктами реакции. Коллекторы тока должны иметь достаточную толщину для минимизации падения напряжения на площади их поверхности. В конструкции коллекторов тока должны быть предусмотрены выходные электрические клеммы для подсоединения проводов.

Если в качестве коллекторов тока используют металлические газораспределительные пластины, отдельные коллекторы не требуются.

5.7    Прижимная пластина

Прижимные пластины (стягивающие пластины) должны быть плоскими с гладкой поверхностью и должны иметь механические характеристики, достаточные для того, чтобы выдерживать изгибающую нагрузку, прикладываемую при стягивании элементов конструкции с помощью болтов.

Если прижимные пластины являются электропроводящими, то для предотвращения короткого замыкания они должны быть электрически изолированы от коллекторов тока.

5.8    Стягивающие крепежные изделия

Стягивающие крепежные элементы конструкции должны иметь высокую механическую прочность, чтобы выдерживать нагрузки, создаваемые во время монтажа и работы. Для поддержания в единичном элементе постоянного равномерного давления допускается использовать шайбы и пружины. Для точного регулирования давления необходимо использовать ключ с регулируемым крутящим моментом или другое измерительное устройство.

Рекомендуется обеспечивать электрическую изоляцию стягивающих крепежных деталей.

5.9    Устройство терморегулирования

Единичный (простой) элемент должен быть снабжен устройством регулирования температуры (нагрев/охлаждение) для поддержания постоянной температуры элемента, обеспечения однородного профиля температур вдоль газораспределительной пластины и в поперечном сечении элемента. Устройство регулирования температуры может программироваться для обеспечения заданного профиля изменения температуры и должно иметь средства для предотвращения перегрева.

Существует несколько способов для выполнения данного требования. Наиболее простым способом терморегулирования является конвективное охлаждение и электрический нагрев прижимных (стягивающих) пластин. Нагрев может выполняться путем закрепления электрического нагревателя на ²

1

2