国家标准计划《阴离子交换膜电解槽 第1部分:阴离子交换膜测试方法》由 TC309(全国氢能标准化技术委员会)归口 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 嘉庚创新实验室 、中国标准化研究院等 。
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| 27.010 能源和热传导工程综合 |
阴离子交换膜水电解制氢技术(AEM-WE)结合了碱性水电解技术(ALK)和质子交换膜水电解技术(PEM-WE)的优点,作为新兴的绿色制氢技术得到行业广泛关注。
目前,国内外已经出现诸多阴离子交换膜水电解相关的商业产品和示范项目。
阴离子交换膜(AEM)是阴离子交换膜水电解制氢电解槽的核心部件,其性能和稳定性直接决定着电解槽的工作效率、耐久性和安全性。
阴离子交换膜通常由高分子材料构成,其中含有特定的阴离子交换位点,在阻隔阴/阳两极防止氢气、氧气互穿的同时,起到选择性传输水和阴离子的作用,是实现阴离子交换膜水电解高效、安全制备高纯度氢气的关键。
经多年的研究发展,阴离子交换膜在离子电导率、耐碱性、溶胀率、机械性能等关键应用性能方面得到了显著提升,也已有用于电解槽的商品化阴离子交换膜产品。
但由于缺乏有效统一的阴离子交换膜性能测试方法标准,造成阴离子交换膜的性能参差不齐、实验室间测试方法各异、评价体系不科学等问题。
例如:(1)溶胀率,受测试膜试样尺寸、膜试样阴离子种类、预处理条件、测试温度、测试溶液所用的组成、浸泡时长等众多因素影响,因而采用不同测试方法所测得的溶胀率不同,难以得到准确结论,影响电解槽的装配;(2)耐碱性,通常将膜试样浸泡到高温高浓度的碱液中加速测试,再测试浸泡前后离子电导率或功能基团数量的变化。
但由于试验膜样尺寸、浸泡碱液温度和浓度、浸泡时间、容器材质等条件的不确定性,无法形成准确的耐碱性评价标准,影响阴离子交换膜的耐久性评估;(3)水电解性能,受测试器件设备、膜厚度、催化剂、电极、电解液、测试温度等众多条件的影响,目前结果不具有可比较性;(4)工况稳定性,是阴离子交换膜在水电解器件中实际运行中的稳定性直接影响电解槽运行的寿命和成本,受测试条件、膜厚、电极、电解液、测试温度等众多条件的影响;(5)氧中氢指标,是阴离子交换膜在水电解器件中实际运行时产生的氧气中含氢气量,用于评价阴离子交换膜的工况氢气渗透性能,影响电解槽的安全,目前大部分样品均没有测试此指标,无法构建有效准确的评价体系,限制着阴离子交换膜在水电解制氢领域的应用与推广。
因此,针对阴离子交换膜材料种类多、性质差异大、测试方法各异等问题,亟需建立规范、统一的测试方法,尤其是针对阴离子交换膜水电解在工况条件下所需的测试方法,可以更加直接、有效的评价阴离子交换膜产品之间的性能优劣,进而推动阴离子交换膜水电解制氢技术和产业的高质量发展。
本文件规定了阴离子交换膜电解槽用阴离子交换膜的厚度测试、离子交换容量测试、溶胀率测试、吸水率测试、离子电导率测试、机械性能测试、气体透过性测试、耐碱性测试、水电解性能测试、氧中氢测试等内容。本文件适用于各类型阴离子交换膜。