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ZwickRoell新方案—氢能领域大挑战

时间:2022-12-13 18:03来源:金利仪器 作者:金利仪器 点击:
在中国实现碳达峰、碳中和战略目标引领下,氢气能源作为一种可再生清洁高效二次能源,因其资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等优点,将成为我国构建现代清洁能源体系重要的替代性能源。加快氢能发展和应
  

在中国实现“碳达峰、碳中和”战略目标引领下,氢气能源作为一种可再生清洁高效二次能源,因其资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等优点,将成为我国构建现代清洁能源体系重要的替代性能源。加快氢能发展和应用是应对能源危机和全球环境危机的有效途径,且已获得全球共识。

 
氢能因其性质特殊性对制造、运输、储存和加注整个产业链带来诸多挑战,本文将重点介绍氢能行业对材料测试技术挑战,以及ZwickRoell在制氢和用氢上的解决方案,在后续的文章中我们还将持续介绍ZwickRoell在复合材料氢储罐和金属材料氢运输管道中的应用方案。敬请期待。
 
本文由ZwickRoell川沙实验室提供
 
ZwickRoell实验室仪器:氢能应用对材料测试技术的挑战
 
1. 测试复杂性
 
Hydrogen Challenges
 
氢能行业测试涉及各种材料,包括高分子材料、复合材料、金属材料和陶瓷等。除了材料测试,还会涉及产品测试,测试种类也是多样复杂,如静态、动态、蠕变测试。另外,在能源行业除了材料和产品的机械性能,物理性能、化学性能和电性能也是非常重要的方面。
 
2. 测试安全性
 
Hydrogen Challenges
 
氢气是一种易燃易爆的气体,在氢气环境下进行测试安全性是非常重要的一个因素,构建实验室氢气测试的环境也是目前行业内非常关注的一点。
 
3. 测试标准化问题
 
Hydrogen Challenges 
 
目前氢能行业测试一大问题是测试的标准化,缺少统一的方法规范测试,导致测试的多样化。
 
4. 测试成本高昂
 
Hydrogen Challenges
 
需要考虑如何在有效预算内找到合适的解决方案解决客户的问题。
 
5. 经验缺乏
 
Hydrogen Challenges
 
在氢能行业应用中有很多新的挑战,对于如何进行测试以及测试结果分析和测试结果与产品性能的关系分析还缺少足够的认识。
 
6. 测试设备的生命周期
 
Hydrogen Challenges 
 
在氢能行业测试过程中,会有如高压、超低温的测试环境,对设备本身的制造和使用周期带来很大挑战,测试过程中的各种不确定性,以及随着氢能行业的发展新需求的不断出现,又对设备的升级等提出了新的挑战。
 
//氢能行业测试需求 – 水电解设备和氢燃料电池
 
根据制氢方法的不同,定义了灰氢、蓝氢和绿氢三种不同类型。
 
由零排放源如水电解制氢制得的绿氢是未来制氢的主要发展方向,而质子交换膜(PEM)水电解也被认为是未来的主流,具有很大的潜力。作为最典型的氢能终端应用,质子交换膜(PEM)氢燃料电池因其应用范围广、工作温度合适,也被认为是目前以及未来市场上的主流产品。
 
氢的水电解槽和氢燃料电池在结构上非常相似,均由含催化剂镀层的高分子薄膜(MEA)、气体交换层(GDL)和双极板(BPP)组成。 
 
氢燃料电池的各个组件以及装配组装的过程中都需要进行相关机械性能、物理化学性能等的测试。如质子交换膜上催化层和高分子薄膜的粘附力测试,另外电池组装最后需要进行气密性检测。目前ZwickRoell解决方案可以满足氢燃料电池机械性能测试的绝大部分需求。
 
ZwickRoell能为您做什么?
 
ZwickRoell可为您提供覆盖整个氢能产业链的材料测试解决方案,涉及各个组分的测试以及整个燃料电池的测试,如薄膜的拉伸、蠕变和剥离测试,以及双极板的弯曲和穿刺测试。
 
1.典型测试-气体扩散层厚度、导电率和渗透率测试
 
Testing requirements and solutions
 
电池在装配的过程中机械性能会发生变化,而这种变化与产品的性能密切相关,ZwickRoell提供了一种组合解决方案,可以给出氢燃料电池气体扩散层压缩时厚度、导电率和渗透率的变化结果,即模拟分析电池在加压固定过程中性能的变化,详见下图:
 
2.典型测试-双极板弯曲测试
 
Testing requirements and solutions
 
双极板占整个堆栈重量的60%以上,制造薄层双极板不仅在材料上也在工艺上带来了挑战,因此双极板的抗弯强度测试也是非常重要的。
 
3.典型测试-燃料电池气密性测试
 
Testing requirements and solutions
 
燃料电池在工作的过程中会有氢气流动,因此其气密性是非常重要的一个参数,是研发质量品控的重要参考,通常情况是测试压力状态下厚度的变化。
 
 
 
(责任编辑:金利仪器lyh)
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