在中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)引領(lǐng)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(lái)源廣泛、燃燒熱值高、清潔無(wú)污染、利用形式多樣、可作為儲(chǔ)能介質(zhì)及安全性好等優(yōu)點(diǎn)，將成為我國(guó)構(gòu)建現(xiàn)代清潔能源體系重要的替代性能源。加快氫能發(fā)展和應(yīng)用是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和全球環(huán)境危機(jī)的有效途徑，且已獲得全球共識(shí)。
氫能因其性質(zhì)特殊性對(duì)制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加注整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，本文將重點(diǎn)介紹氫能行業(yè)對(duì)材料測(cè)試技術(shù)挑戰(zhàn)，以及ZwickRoell在制氫和用氫上的解決方案，在后續(xù)的文章中我們還將持續(xù)介紹ZwickRoell在復(fù)合材料氫儲(chǔ)罐和金屬材料氫運(yùn)輸管道中的應(yīng)用方案。敬請(qǐng)期待。
本文由ZwickRoell川沙實(shí)驗(yàn)室提供
ZwickRoell實(shí)驗(yàn)室儀器：氫能應(yīng)用對(duì)材料測(cè)試技術(shù)的挑戰(zhàn)
1. 測(cè)試復(fù)雜性
Hydrogen Challenges
氫能行業(yè)測(cè)試涉及各種材料，包括高分子材料、復(fù)合材料、金屬材料和陶瓷等。除了材料測(cè)試，還會(huì)涉及產(chǎn)品測(cè)試，測(cè)試種類(lèi)也是多樣復(fù)雜，如靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、蠕變測(cè)試。另外，在能源行業(yè)除了材料和產(chǎn)品的機(jī)械性能，物理性能、化學(xué)性能和電性能也是非常重要的方面。
2. 測(cè)試安全性
Hydrogen Challenges
氫氣是一種易燃易爆的氣體，在氫氣環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試安全性是非常重要的一個(gè)因素，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室氫氣測(cè)試的環(huán)境也是目前行業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的一點(diǎn)。
3. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題
Hydrogen Challenges
目前氫能行業(yè)測(cè)試一大問(wèn)題是測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化，缺少統(tǒng)一的方法規(guī)范測(cè)試，導(dǎo)致測(cè)試的多樣化。
4. 測(cè)試成本高昂
Hydrogen Challenges
需要考慮如何在有效預(yù)算內(nèi)找到合適的解決方案解決客戶(hù)的問(wèn)題。
5. 經(jīng)驗(yàn)缺乏
Hydrogen Challenges
在氫能行業(yè)應(yīng)用中有很多新的挑戰(zhàn)，對(duì)于如何進(jìn)行測(cè)試以及測(cè)試結(jié)果分析和測(cè)試結(jié)果與產(chǎn)品性能的關(guān)系分析還缺少足夠的認(rèn)識(shí)。
6. 測(cè)試設(shè)備的生命周期
Hydrogen Challenges
在氫能行業(yè)測(cè)試過(guò)程中，會(huì)有如高壓、超低溫的測(cè)試環(huán)境，對(duì)設(shè)備本身的制造和使用周期帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，測(cè)試過(guò)程中的各種不確定性，以及隨著氫能行業(yè)的發(fā)展新需求的不斷出現(xiàn)，又對(duì)設(shè)備的升級(jí)等提出了新的挑戰(zhàn)。
//氫能行業(yè)測(cè)試需求 – 水電解設(shè)備和氫燃料電池
根據(jù)制氫方法的不同，定義了灰氫、藍(lán)氫和綠氫三種不同類(lèi)型。
由零排放源如水電解制氫制得的綠氫是未來(lái)制氫的主要發(fā)展方向，而質(zhì)子交換膜（PEM）水電解也被認(rèn)為是未來(lái)的主流，具有很大的潛力。作為最典型的氫能終端應(yīng)用，質(zhì)子交換膜（PEM）氫燃料電池因其應(yīng)用范圍廣、工作溫度合適，也被認(rèn)為是目前以及未來(lái)市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。
氫的水電解槽和氫燃料電池在結(jié)構(gòu)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(gè)組件以及裝配組裝的過(guò)程中都需要進(jìn)行相關(guān)機(jī)械性能、物理化學(xué)性能等的測(cè)試。如質(zhì)子交換膜上催化層和高分子薄膜的粘附力測(cè)試，另外電池組裝最后需要進(jìn)行氣密性檢測(cè)。目前ZwickRoell解決方案可以滿(mǎn)足氫燃料電池機(jī)械性能測(cè)試的絕大部分需求。
ZwickRoell能為您做什么？
ZwickRoell可為您提供覆蓋整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的材料測(cè)試解決方案，涉及各個(gè)組分的測(cè)試以及整個(gè)燃料電池的測(cè)試，如薄膜的拉伸、蠕變和剝離測(cè)試，以及雙極板的彎曲和穿刺測(cè)試。
1.典型測(cè)試-氣體擴(kuò)散層厚度、導(dǎo)電率和滲透率測(cè)試
Testing requirements and solutions
電池在裝配的過(guò)程中機(jī)械性能會(huì)發(fā)生變化，而這種變化與產(chǎn)品的性能密切相關(guān)，ZwickRoell提供了一種組合解決方案，可以給出氫燃料電池氣體擴(kuò)散層壓縮時(shí)厚度、導(dǎo)電率和滲透率的變化結(jié)果，即模擬分析電池在加壓固定過(guò)程中性能的變化，詳見(jiàn)下圖：
2.典型測(cè)試-雙極板彎曲測(cè)試
Testing requirements and solutions
雙極板占整個(gè)堆棧重量的60%以上，制造薄層雙極板不僅在材料上也在工藝上帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因此雙極板的抗彎強(qiáng)度測(cè)試也是非常重要的。
3.典型測(cè)試-燃料電池氣密性測(cè)試
Testing requirements and solutions
燃料電池在工作的過(guò)程中會(huì)有氫氣流動(dòng)，因此其氣密性是非常重要的一個(gè)參數(shù)，是研發(fā)質(zhì)量品控的重要參考，通常情況是測(cè)試壓力狀態(tài)下厚度的變化。
