国家标准计划《质子交换膜燃料电池汽车用氢气 氦、氩、氮和烃类的测定 气相色谱法》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化管理委员会。
主要起草单位 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院 、中国标准化研究院 、佛山绿色发展创新研究院等 。
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氢能是我国构建"清洁低碳、安全高效"现代能源体系的重要组成部分,发展氢能是我国2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的重要技术途径之一。
推动氢能产业高质量发展是优化能源结构、保障能源安全和提高国家制造业创新能力的重要方向。
发展氢能已于2019年首次写入政府工作报告。
2019年中国氢能联盟发布了《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》,提出了针对氢能及燃料电池产业的发展目标和路线图,中国正快马加鞭地迈入"氢能时代"。
在国家产业政策的支持下,我国主要的能源央企和各省市结合自身发展需要都已制定出氢能发展规划。
燃料电池汽车(FCV)是氢能的重要载体之一,氢燃料电池的工作原理是在催化反应体系中将氢能转变为电能输出,氢气中痕量杂质的存在会严重影响电池的寿命和能效,对燃料电池车用氢气进行有效的质量监控是氢能产业发展的基本保障和重要的产业基础,结合国际氢能标准的最新进展和我国氢能产业的发展需要,建立围绕氢气供应链的质量标准体系已是刻不容缓。
因此为保障FCV用氢气的质量, 国家2018年制定了GB/T 37244 《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》。
标准分为两部分内容,一是对FCV用氢气中杂质种类及限值提出了明确技术指标要求。
二是给出了相应技术指标的检测方法指南。
其中所列检测方法以采用国内现有标准为指导思想,多来自国内工业(高纯)氢领域, 高纯气领域、天然气领域及大气环境监测领域,方法整体所呈现的特点是来源多向、老旧,可靠性和实用性差,适用性方面更是无一方法针对质子交换膜燃料电池汽车(PEMFCV)用氢气检测。
在FCV用氢所需控制的杂质指标中,惰性杂质(如氦、氩、氮)的稀释作用和扩散作用会降低了电池的电势,导致功率损耗,增加燃料消耗以及燃料电池效率的损失;一些碳氢化合物,尤其是芳烃类组分会吸附在催化剂层上,减少催化剂表面积,从而降低了电池性能,也可能分解为一氧化碳后吸附在催化剂层上。
GB/T 37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》产品标准规定燃料氢气中氦含量<300μmol/mol,总氮和氩<100μmol/mol,总烃<2μmol/mol,建议采用三台色谱仪三次进样完成上述四项指标检测。
石科院氢源分析团队借鉴了GB/T 37244推荐方法检测原理,根据分析对象的特点和指标要求,建立了一套两阀三柱双检测器的气相色谱方法,可一次进样12min内完成氢气中包括氦、氩、氮和C1-C6烃类的准确检测,并依据ISO 21087 对FCV氢气检测方法的要求,从方法适用范围、操作条件、定性定量、线性范围、准确度以及精密度等方面进行了优化、考察和验证,平台于2019年投入实际应用并取得了良好的效果。
基于常规气相色谱技术的氢中氦、氩、氮及烃类分析平台的建立,较GB/T 37244所推荐检测方法更具先进性、实用性和适用性,同时降低了仪器配置成本,因此将其制定为标准方法是可行、适时且十分必要的。
本方法主要用于测定质子交换膜燃料电池汽车用氢气中氦、氩、氮和烃类含量,同时也适用于工业氢中氦、氩、氮及烃类测定。氦摩尔分数不小于30 μmol/mol,氮、氩摩尔分数不小于10 μmol/mol,C1~C6烃类摩尔分数不小于0.1 μmol/mol。 技术内容:采用两阀三柱结合热导和氢火焰离子化检测器的色谱分析系统测定质子交换膜燃料电池汽车用氢气中氦、氩、氮和烃类的含量。使用氢气做载气,定体积进样,实现百万分之一级氦、氮、氩的检测;选用一定规格的分子筛柱实现室温下氧、氩分离;通过调节进样量,搭配氧化铝色谱柱实现摩尔分数从10-7~10-2的C1~C6烃类组分的形态及总量分析。