CN117607025A - 燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统及方法。测试系统包括电化学三电极测试系统、测试模块和服役环境模拟系统。基于上述系统，本申请可以更准确地模拟燃料电池的真实工况运行环境，以高效测试燃料电池金属双极板的耐蚀性能，从而更有效地评估燃料电池金属双极板在真实工况运行环境中的失效模式，为改进燃料电池双极板的工艺设计与开发提供方向。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统及方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）以氢气为燃料发电，产物为水绿色无污染，对环境十分友好，其应用范围已经包括汽车，无人机、固定电站等。在PEMFC中双极板承担着收集电子、分配反应气体、排出产物水和支撑膜电极等作用，其占据了电堆总重量的60~80%以及电堆成本的30%-45%，对燃料电池电堆性能具有重要影响。金属双极板作为燃料电池极板材料的首选，具有优异的导电导热性能，以金属双极板装配而成的电堆具有功率密度高、冷启动快、抗振性能好、适合于大批量制造等优势。然而，PEMFC中双极板的运行环境为温度60~90℃的酸性环境（pH≈3），必须含有H+、SO4 2-和F+离子的侵蚀性腐蚀环境中工作，F+离子是由质子交换膜降解产生的，极易导致双极板发生点蚀，严重影响双极板的使用寿命。并且在腐蚀过程中会释放金属离子，所释放离子会污染催化剂与膜电极，进一步降低燃料电池电堆的输出性能。因此，金属双极板表面会涂覆导电耐蚀涂层，以满足燃料电池使用要求。
为了评价金属双极板涂层耐蚀性，现有方法大多采用三电极电化学测量体系中离线评估的测试方法，加入模拟电堆运行工况的腐蚀溶液，并通过动电位极化和静电位稳定评价涂层耐蚀性。但目前模拟的腐蚀环境并不能完全包含电堆运行中产生的强腐蚀性介质，所模拟的动电位极化和静电位测试也无法反应燃料电池真实运行过程中的电位变化特征。目前金属双极板的耐蚀性测试方法不能准确模拟出燃料电池运行的真实工况，也未全面考虑燃料电池内腐蚀环境对涂层的影响，导致金属双极板的耐蚀性测试结果与实际电池运行环境中涂层耐蚀性结果存在很大的差异。因此，需要一种更能真实有效的反映金属双极板在燃料电池实际运行环境中腐蚀过程的测试方法。
目前，常用燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法采用三电极体系，通过评价腐蚀电流密度来测试其性能。采用三电极体系测量恒电位下腐蚀电流随腐蚀时间的变化曲线，来测定燃料电池双极板的耐腐蚀性能，存在较大的局限性，测试的周期长、效率低，未实现测试区域面积的定量化，更为重要的是未考虑双极板表面受力条件下产生的变形以及缝隙腐蚀反应等情况。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统及方法，以解决现有技术中传统解决方案的测试方法无法有效评价金属双极板涂层在电堆实际运行工况下的耐蚀性能。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统，其包括电化学三电极测试系统、测试模块和服役环境模拟系统；其中，测试模块包括压力传感装置、聚四氟乙烯夹具和待测燃料电池金属双极板样品；聚四氟乙烯夹具用于夹持待测燃料电池金属双极板样品；压力传感装置用于向待测燃料电池金属双极板样品施加压力，以模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的受力状态；待测燃料电池金属双极板样品包括层叠设置的待测燃料电池金属双极板和碳纸；电化学三电极测试系统包括计算机、电化学工作站、参比电极、对电极和工作电极；参比电极为汞／硫酸亚汞电极，对电极为铂电极，工作电极为待测燃料电池金属双极板样品；参比电极位于对电极和工作电极之间，三者并排排列；电化学工作站通过导线分别与比电极、对电极和工作电极相连接，用于模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的电位工况；服役环境模拟系统包括电解液池、恒温水浴装置和恒流气体供应装置；参比电极、对电极和工作电极装载在电解液池中；电解液池用于模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的液体环境；恒温水浴装置用于加热电解液池，以模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的温度环境；恒流气体供应装置用于提供气体流动环境，以模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的气体环境。
进一步地，压力传感装置包括压力机和压力传感器；聚四氟乙烯夹具包括聚四氟乙烯夹板和聚四氟乙烯拧紧螺栓；聚四氟乙烯夹板包括两个尺寸为1~5cm的实心方形板。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，采用前述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统进行测试，测试方法包括以下步骤：打开恒温水浴装置，以调控电解液池的温度为50~90℃；打开恒流气体供应装置，以向电解液池中供应氧气或氢气；打开电化学工作站模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的电位工况，以进行电化学测试，并在计算机中获得待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的腐蚀电流时间曲线；电位工况包括顺次进行的工况1、工况2及工况3；其中，工况1：选择TAFER动电位测试模块进行变载工况的极化模拟，使电压在0.2~1.6V区间动态变化，电压变化次数为1~20次，运行时间为2~60s；工况2：选择i-t静电位测试模块进行怠速工况模拟，电压为0.6~0.9V，运行时间为5~60min；工况3：选择i-t静电位测试模块进行启停工况模拟，电压为0.9~1.6V，运行时间为0~10s；电化学测试包括至少一次周期进行的电位工况，当腐蚀电流时间曲线中（I初-In）/I初＞10~30%时，停止测试，I初表示初始的腐蚀电流，In表示第n个周期的腐蚀电流。
进一步地，在工况3后，电位工况还包括顺次进行的工况4：使待测燃料电池金属双极板样品静置浸泡在电解液池中以模拟停机工况，运行时间为0~10min。
进一步地，使用压力传感装置向聚四氟乙烯夹板施加压力以将待测燃料电池金属双极板和碳纸夹持固定，得到待测燃料电池金属双极板样品；待测燃料电池金属双极板在夹持固定前，使用环氧树脂将待测燃料电池金属双极板不与碳纸接触的面覆盖；待测燃料电池金属双极板与碳纸接触的面为测试面，测试面的面积为1~100cm2。
进一步地，按重量百分比计，电解液池中的电解液包括0.01~100ppm的HF、0~20ppm的H2O2以及余量pH为1~5的H2SO4水溶液。
进一步地，当待测燃料电池金属双极板样品的测试面为阳极面时，通过恒流气体供应装置向电解液池通入氢气；当待测燃料电池金属双极板样品的测试面为阴极面时，通过恒流气体供应装置向电解液池通入空气。
进一步地，每隔1~10次周期，向电解池中补加0.01~100ppm的HF和0~10ppm的H2O2。
进一步地，电化学测试的总测试时间≤500h。
进一步地，从腐蚀电流时间曲线中读取0.84V时腐蚀电流后计算得到腐蚀电流密度I，I = j/S，式中：j表示腐蚀电流，S表示测试面的面积；将待测燃料电池金属双极板样品测试前的腐蚀电流密度记为I1，测试后的腐蚀电流密度记为I2；测试待测燃料电池金属双极板样品的接触电阻值，将待测燃料电池金属双极板样品测试前的接触电阻值记为R1，测试后的接触电阻值记为R2；测试待测燃料电池金属双极板样品的氧化面积，并将其记为S1；测试电解液中铁离子析出浓度，并将其记为C1；用I2- I1、R2- R1、S1及C1来表征待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能， I2- I1、R2- R1、S1及C1越小，表示待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能越好。
基于上述系统，本申请可以更准确地模拟燃料电池的真实工况运行环境，以高效测试燃料电池金属双极板的耐蚀性能，从而更有效地评估燃料电池金属双极板在真实工况运行环境中的失效模式，为改进燃料电池双极板的工艺设计与开发提供方向。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明一种实施方式中燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统示意图；
图2示出了本发明实施例1中0h、20h、40h、60h、80h和100h腐蚀后的双极板表面形貌对比图（SEM，放大倍数10000X）；
图3示出了本发明实施例1中动电位极化测试的性能衰减对比图；
图4示出了1号待测燃料电池金属双极板在电堆实际运行1000h的表面形貌图（SEM，放大倍数10000X）；
图5示出了2号待测燃料电池金属双极板在电堆实际运行1000h的表面形貌图（SEM，放大倍数10000X）；
图6示出了3号待测燃料电池金属双极板在电堆实际运行1000h的表面形貌图（SEM，放大倍数10000X）；
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、聚四氟乙烯夹具；2、待测燃料电池金属双极板；3、碳纸。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如本申请背景技术部分所描述的，现有技术中传统解决方案的测试方法无法有效评价金属双极板涂层在模拟电堆实际运行工况下的耐蚀性能。为了解决这一问题，本申请提供了一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统，如图1所示，其包括电化学三电极测试系统、测试模块和服役环境模拟系统；其中，测试模块包括压力传感装置、聚四氟乙烯夹具1和待测燃料电池金属双极板样品；聚四氟乙烯夹具用于夹持待测燃料电池金属双极板样品；压力传感装置用于向待测燃料电池金属双极板样品施加压力，以模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的受力状态；待测燃料电池金属双极板样品包括层叠设置的待测燃料电池金属双极板2和碳纸3（一片）；电化学三电极测试系统包括计算机、电化学工作站、参比电极、对电极和工作电极；参比电极为汞／硫酸亚汞电极，对电极为铂电极，工作电极为待测燃料电池金属双极板样品；参比电极位于对电极和工作电极之间，三者并排排列；电化学工作站通过导线分别与比电极、对电极和工作电极相连接，用于模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的电位工况；服役环境模拟系统包括电解液池、恒温水浴装置和恒流气体供应装置；参比电极、对电极和工作电极装载在电解液池中；电解液池用于模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的液体环境；恒温水浴装置用于加热电解液池，以模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的温度环境；恒流气体供应装置用于提供气体流动环境，以模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的气体环境。
基于上述系统，本申请可以更准确地模拟燃料电池的真实工况运行环境，以高效测试燃料电池金属双极板的耐蚀性能，从而更有效地评估燃料电池金属双极板在真实工况运行环境中的失效模式，为改进燃料电池双极板的工艺设计与开发提供方向。
相较于对比文件（申请号202211321183.8），其公开了一种双极板耐腐蚀性能的评价方法及装置，包括了流体循环系统、电压控制系统和性能检测。通过设置流体循环系统，对金属双极板内部电解液流速的调节，实现了模拟金属双极板在际环境中冲刷腐蚀的状态。但该对比文件并不能模拟电堆运行过程中双极板表面所受压力和实际腐蚀状态，而本申请上述系统可以更高效地模拟电堆运行过程中双极板表面所受压力和实际腐蚀状态。
相较于对比文件（申请号202210509377.4），其公开了一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统及方法，包括电化学三电极测试系统、服役环境模拟装置和夹具测试模块，从而快速评价金属双极板及镀层的耐蚀性能。但该对比文件并未公开金属双极板样品和碳纸一同装载的技术方案，也并未将其按实际装堆中的压力条件固定，故而其无法模拟电堆运行过程中双极板表面所受实际压力和腐蚀状态，而本申请上述系统可以更高效地模拟电堆运行过程中双极板表面所受压力和实际腐蚀状态。
在一种优选的实施方式中，压力传感装置包括压力机和压力传感器；聚四氟乙烯夹具包括聚四氟乙烯夹板和聚四氟乙烯拧紧螺栓；聚四氟乙烯夹板包括两个尺寸为1~5cm的实心方形板。通过压力机施加压力并用聚四氟乙烯夹板和聚四氟乙烯拧紧螺栓固定样品，以使样品所受压力恒定，后续测试更准确。
本申请还提供了一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，采用前述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统进行测试。测试方法包括以下步骤：打开恒温水浴装置，以调控电解液池的温度为50~90℃；打开恒流气体供应装置，以向电解液池中供应氧气或氢气；打开电化学工作站模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的电位工况，以进行电化学测试，并在计算机中获得待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的腐蚀电流时间曲线；电位工况包括顺次进行的工况1、工况2及工况3；其中，工况1：选择TAFER动电位测试模块进行变载工况的极化模拟，使电压在0.2~1.6V区间动态变化，电压变化次数为1~20次，运行时间为2~60s；工况2：选择i-t静电位测试模块进行怠速工况模拟，电压为0.6~0.9V，运行时间为5~60min；工况3：选择i-t静电位测试模块进行启停工况模拟，电压为0.9~1.6V，运行时间为0~10s；电化学测试包括至少一次周期进行的电位工况，当腐蚀电流时间曲线中（I初-In）/I初＞10~30%时，停止测试，I初表示初始的腐蚀电流，In表示第n个周期的腐蚀电流。
本申请上述测试方法不仅更准确地模拟了双极板与膜电极接触面的实际腐蚀状态，更为全面地考虑了双极板涂层表面点蚀和缝隙腐蚀的腐蚀反应，且更为全面地考虑了腐蚀过程中主反应与副反应所产生的腐蚀介质与实际车载运行的工况特征，并通过外部电化学三电极体系进行离线加速测试，更真实地反映了双极板的腐蚀过程，节约了双极板耐腐蚀性能的测试时间。
同时，该测试方法更简便易操作，且普适性更好，适用于所有燃料电池双极板的离线加速测试评价，且能更准确地反映燃料电池的真实工况运行环境，以快速评估燃料电池双极板在真实工况运行环境中的失效模式，为改进燃料电池双极板的工艺设计与开发提供方向。
尤其是，本申请模拟电堆实际运行工况，针对于每一种电堆实际运行工况，提出相对应的加速寿命测试方法，通过定义工况运行的关键测试指标和寿命测算结果的映射关系，建立了更完善的燃料电池双极板失效分析方法。本申请连续的周期电化学测试，通过模拟电堆运行中电位变化，持续进行变载、怠速和启停等工况的周期循环测试，三种工况的特征根据测试过程的电位高低和运行时间来确定，能更精确的模拟电堆运行中的工况变化，腐蚀过程更加接近实际状态，克服了单一电化学测试无法表征双极板腐蚀状态的局限性。
相较于对比文件（申请号202211321183.8），其只采用恒电位下腐蚀流密度来测试耐性能。相比于恒电位极化测试法，本申请可以更高效地模拟电堆运行中电位变化，持续进行变载/怠速和启停等工况的周期循环测试，模拟电堆运行过程中双极板表面所受压力和实际腐蚀状态，更为全面地考虑了燃料电池双极板与膜电极匹配中主反应与副反应所产生的腐蚀介质，更真实地反映了双极板的腐蚀过程，可以显著提升金属双极板涂层耐腐蚀性的评估效率。
相较于对比文件（申请号202210509377.4），其仅采用了常规工况和启停工况下的服役环境，并不能有效模拟电堆运行过程中双极板表面所受实际压力和腐蚀状态。而本发明提出了相对应的双极板涂层离线加速测试方法，通过模拟电堆运行中电位变化，持续进行变载、怠速和启停等工况的周期循环测试，三种工况的特征根据测试过程的电位高低和运行时间来确定，能更精确地模拟电堆运行中的工况变化，腐蚀过程更加接近实际状态，测试准确性更高。
考虑到进一步提高测试的准确性，在一种优选的实施方式中，在工况3后，电位工况还包括顺次进行的工况4：使待测燃料电池金属双极板样品静置浸泡在电解液池中以模拟停机工况，运行时间为0~10min。
在一种优选的实施方式中，使用压力传感装置向聚四氟乙烯夹板施加压力以将待测燃料电池金属双极板和碳纸夹持固定，得到待测燃料电池金属双极板样品；待测燃料电池金属双极板在夹持固定前，使用环氧树脂将待测燃料电池金属双极板不与碳纸接触的面覆盖；待测燃料电池金属双极板与碳纸接触的面为测试面，测试面的面积为1~100cm2。上述聚四氟乙烯夹具从待测燃料电池金属双极板样品相对的两侧（与测试面平行）夹持，使双极板其余四侧暴露（均已用环氧树脂覆盖包裹）在服役环境模拟系统中。
为了进一步提高检测准确度，在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，电解液池中的电解液包括0.01~100ppm的HF、0~20ppm的H2O2以及余量pH为1~5的H2SO4水溶液。为了进一步提高模拟效果，优选每隔1~10次周期，向电解池中补加0.01~100ppm的HF和0~10ppm的H2O2。
在一种优选的实施方式中，当待测燃料电池金属双极板样品的测试面为阳极面时，通过恒流气体供应装置向电解液池通入氢气；当待测燃料电池金属双极板样品的测试面为阴极面时，通过恒流气体供应装置向电解液池通入空气。
在一种优选的实施方式中，电化学测试的总测试时间≤500h。从腐蚀电流时间曲线中读取0.84V时腐蚀电流后计算得到腐蚀电流密度I，I = j/S，式中：j表示腐蚀电流，S表示测试面的面积；将待测燃料电池金属双极板样品测试前的腐蚀电流密度记为I1，测试后的腐蚀电流密度记为I2；测试待测燃料电池金属双极板样品的接触电阻值，将待测燃料电池金属双极板样品测试前的接触电阻值记为R1，测试后的接触电阻值记为R2；测试待测燃料电池金属双极板样品的氧化面积，并将其记为S1；测试电解液中铁离子析出浓度，并将其记为C1；用I2-I1、R2-R1、S1及C1来表征待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能，I2-I1、R2-R1、S1及C1越小，表示待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能越好。例如，在一种优选的实施方式中，I2-I1≤2E-6A/cm-2；R2-R1≤5mΩ×cm2；S1≤20cm2；C1≤1ppm。
进一步说明的是，上述接触电阻值、氧化面积及铁离子析出浓度的测试均可采用本领域常规测试手段，这是本领域技术人员所熟知的，在此不多赘述。例如，在实际操作中，接触电阻值可从接触电阻测试设备中直接获取；氧化面积可通过SEM表征表面变色情况得到；铁离子析出浓度可ICP-OES测试金属元素析出含量。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例
准备三个待测燃料电池金属双极板，具体为耐蚀性能为优的1号待测燃料电池金属双极板、耐蚀性能为良的2号待测燃料电池金属双极板以及耐蚀性能为差的3号待测燃料电池金属双极板。三个待测燃料电池金属双极板的耐蚀性能由好到坏依次排序为1号待测燃料电池金属双极板＞2号待测燃料电池金属双极板>3号待测燃料电池金属双极板。
接触电阻测试方法：GBT 20042.6-2011。
氧化面积测试方法：SEM表征表面变色情况进行判定，并根据不同区域的腐蚀情况面积占比，得到样品的氧化面积。（假如3处SEM下测试的氧化面积占比均为10%，则整个样品可认为氧化面积25×10%=2.5）
铁离子析出浓度测试方法：ICP-OES。
实施例1
采用图1所示系统对1号待测燃料电池金属双极板进行100h的离线加速测试，通过分析腐蚀电流密度、接触电阻、氧化面积和铁离子析出浓度评估双极板耐腐蚀性能。具体步骤如下：
（1）测试准备
配制电解液：配置pH=3的H2SO4水溶液，并向其中添加质量浓度为2ppm的HF。
配置工作电极：使用环氧树脂将双极板的非测试面覆盖，测试面（阴极面）面积为25cm2；再通过压力机施加0.6MPa的压力到聚四氟乙烯夹板、双极板样品和碳纸上，并固定松紧螺栓保证双极板表面所受压力恒定。
（2）测试环境
安装电解池：向电解池中注入电解液100mL，并将双极板样品作为工作电极，铂片电极作为对电极，汞／硫酸亚汞作为参比电极装载到电解池中，参比电极与工作电极间距离3cm。按照标准三电极系统接入电化学工作站，并打开恒温水浴系统，将电解液加热到80℃，稳定10min；再打开恒流气体供应装置，通入流量为20mL/min的空气（连续鼓泡），并稳定30min。
（3）电化学测试
开路电位（OpenCricuitPotential）：设置运行时间30~60min，待电位变化小于10mV/min时，结束开路电位测试。
一个周期电位工况包括：
变载模拟：TAFER动电位极化参数设置电压范围0.2~1.0V，单次电压加载时间20s，单次电压运行时间14s，单个周期内进行20次加/减载试验。
怠速模拟：i-t静电位参数设置电压为0.84V，单个周期内测试时间为48min。
启停模拟：i-t静电位参数设置电压为1.6V，单个周期内测试时间为6s。
单个周期测试时间1h，100次循环测试后，获得双极板样品的腐蚀电流衰减率（I初-In）/I初≈15%，停止周期循环测试。总测试时长100h，分别在20h、40h、60h、80h和100h时在腐蚀溶液中添加HF，使溶液中HF浓度增加至5ppm、10ppm、15ppm和20ppm。
实施例2
和实施例1的区别仅在于：
一个周期电位工况包括：
变载模拟：TAFER动电位极化参数设置电压范围0.2~1.6V，单次电压加载时间20s，单次电压运行时间60s，单个周期内进行18次加/减载试验。
怠速模拟：i-t静电位参数设置电压为0.78V，单个周期内测试时间为60min。
启停模拟：i-t静电位参数设置电压为0.9V，单个周期内测试时间为10s。
实施例3
和实施例1的区别仅在于：
一个周期电位工况包括：
变载模拟：TAFER动电位极化参数设置电压范围0.2~0.8V，单次电压加载时间20s，单次电压运行时间30s，单个周期内进行10次加/减载试验。
怠速模拟：i-t静电位参数设置电压为0.9V，单个周期内测试时间为20min。
启停模拟：i-t静电位参数设置电压为1.5V，单个周期内测试时间为5s。
停机工况：使待测燃料电池金属双极板样品静置浸泡在电解液池中5min。
从腐蚀电流时间曲线中读取0.84V时腐蚀电流后计算得到腐蚀电流密度I，I = j/S，式中：j表示腐蚀电流，S表示测试面的面积；将待测燃料电池金属双极板样品测试前的腐蚀电流密度记为I1，测试后的腐蚀电流密度记为I2；测试待测燃料电池金属双极板样品的接触电阻值，将待测燃料电池金属双极板样品测试前的接触电阻值记为R1，测试后的接触电阻值记为R2；测试待测燃料电池金属双极板样品的氧化面积，并将其记为S1；测试电解液中铁离子析出浓度，并将其记为C1；用I2- I1、R2- R1、S1及C1来表征待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能，具体如下表1所示：
表1
实施例1中待测燃料电池金属双极板样品经过100h的循环测试后，测试面0h、20h、40h、60h、80h和100h的表面形貌如图2所示。图3为实施例1动电位极化测试的性能衰减对比图。
参照例1
对2号待测燃料电池金属双极板进行100h的离线加速测试，操作步骤和实施例一致。具体如下表2所示：
表2
参照例2
对3号待测燃料电池金属双极板进行100h的离线加速测试，操作步骤和实施例一致。
具体如下表3所示：
表3
分别取实施例1中的耐蚀性能为优的1号待测燃料电池金属双极板、对照例1中的耐蚀性能为良的2号待测燃料电池金属双极板以及对照例2中的耐蚀性能为差的3号待测燃料电池金属双极板在电堆实际运行1000h，图4示出了1号待测燃料电池金属双极板的表面形貌图。图5示出了2号待测燃料电池金属双极板的表面形貌图。图6示出了3号待测燃料电池金属双极板的表面形貌图。
已知三个待测燃料电池金属双极板的耐蚀性能由好到坏依次排序为1号待测燃料电池金属双极板＞2号待测燃料电池金属双极板>3号待测燃料电池金属双极板（通过图4至6 的表面形貌图可以证实）。相应地，采用本申请上述测试方法，可以发现，实施例1中I2-I1＜对照例1中I2-I1＜对照例2中I2-I1；实施例1中R2-R1＜对照例1中R2-R1＜对照例2中R2-R1；实施例1中C1＜对照例1中C1＜对照例2中C1；实施例1中S1＜对照例1中S1＜对照例2中S1。由此可见，本发明评价方法可靠有效。
同时，实施例1样品腐蚀测试的表面形貌对比如图2所示，经过100h的循环测试后，涂层表面已出现明显的腐蚀痕迹，与图4中该样品在电堆实际运行1000 h后双极板表面涂层氧化面积近似。由此也可以说明本发明提供的测试方法与燃料电池双极板涂层真实腐蚀状态接近，对双极板涂层的开发具有重要意义，且更高效。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统，其特征在于，包括电化学三电极测试系统、测试模块和服役环境模拟系统；其中，
所述测试模块包括压力传感装置、聚四氟乙烯夹具和待测燃料电池金属双极板样品；
所述聚四氟乙烯夹具用于夹持所述待测燃料电池金属双极板样品；
所述压力传感装置用于向所述待测燃料电池金属双极板样品施加压力，以模拟所述待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的受力状态；
所述待测燃料电池金属双极板样品包括层叠设置的待测燃料电池金属双极板和碳纸；
所述电化学三电极测试系统包括计算机、电化学工作站、参比电极、对电极和工作电极；
所述参比电极为汞／硫酸亚汞电极，所述对电极为铂电极，所述工作电极为所述待测燃料电池金属双极板样品；所述参比电极位于所述对电极和所述工作电极之间，三者并排排列；
所述电化学工作站通过导线分别与所述比电极、所述对电极和所述工作电极相连接，用于模拟所述待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的电位工况；
所述服役环境模拟系统包括电解液池、恒温水浴装置和恒流气体供应装置；
所述参比电极、所述对电极和所述工作电极装载在所述电解液池中；所述电解液池用于模拟所述待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的液体环境；
所述恒温水浴装置用于加热所述电解液池，以模拟所述待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的温度环境；
所述恒流气体供应装置用于提供气体流动环境，以模拟所述待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的气体环境。
2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统，其特征在于，所述压力传感装置包括压力机和压力传感器；
所述聚四氟乙烯夹具包括聚四氟乙烯夹板和聚四氟乙烯拧紧螺栓；所述聚四氟乙烯夹板包括两个尺寸为1~5cm的实心方形板。
3.一种燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试系统进行测试，所述测试方法包括以下步骤：
打开恒温水浴装置，以调控电解液池的温度为50~90℃；
打开恒流气体供应装置，以向电解液池中供应氧气或氢气；
打开电化学工作站模拟待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的电位工况，以进行电化学测试，并在计算机中获得所述待测燃料电池金属双极板样品在电堆中运行时的腐蚀电流时间曲线；
所述电位工况包括顺次进行的工况1、工况2及工况3；其中，
工况1：选择TAFER动电位测试模块进行变载工况的极化模拟，使电压在0.2~1.6V区间动态变化，电压变化次数为1~20次，运行时间为2~60s；
工况2：选择i-t静电位测试模块进行怠速工况模拟，电压为0.6~0.9V，运行时间为5~60min；
工况3：选择i-t静电位测试模块进行启停工况模拟，电压为0.9~1.6V，运行时间为0~10s；
所述电化学测试包括至少一次周期进行的所述电位工况，当所述腐蚀电流时间曲线中（I初-In）/I初＞10~30%时，停止测试，I初表示初始的腐蚀电流，In表示第n个周期的腐蚀电流。
4.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，在所述工况3后，所述电位工况还包括顺次进行的工况4：
使所述待测燃料电池金属双极板样品静置浸泡在所述电解液池中以模拟停机工况，运行时间为0~10min。
5.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，使用压力传感装置向聚四氟乙烯夹板施加压力以将待测燃料电池金属双极板和碳纸夹持固定，得到所述待测燃料电池金属双极板样品；
所述待测燃料电池金属双极板在所述夹持固定前，使用环氧树脂将所述待测燃料电池金属双极板不与所述碳纸接触的面覆盖；所述待测燃料电池金属双极板与所述碳纸接触的面为测试面，所述测试面的面积为1~100cm2。
6.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，按重量百分比计，所述电解液池中的电解液包括0.01~100ppm的HF、0~20ppm的H2O2以及余量pH为1~5的H2SO4水溶液。
7.根据权利要求5所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，当所述待测燃料电池金属双极板样品的所述测试面为阳极面时，通过所述恒流气体供应装置向所述电解液池通入氢气；
当所述待测燃料电池金属双极板样品的所述测试面为阴极面时，通过所述恒流气体供应装置向所述电解液池通入空气。
8.根据权利要求6所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，每隔1~10次周期，向所述电解液池中补加0.01~100ppm的HF和0~10ppm的H2O2。
9.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，所述电化学测试的总测试时间≤500h。
10.根据权利要求5所述的燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法，其特征在于，
从所述腐蚀电流时间曲线中读取0.84V时腐蚀电流后计算得到腐蚀电流密度I，I = j/S，式中：j表示腐蚀电流，S表示所述测试面的面积；将所述待测燃料电池金属双极板样品测试前的腐蚀电流密度记为I1，测试后的腐蚀电流密度记为I2；
测试所述待测燃料电池金属双极板样品的接触电阻值，将所述待测燃料电池金属双极板样品测试前的接触电阻值记为R1，测试后的接触电阻值记为R2；
测试所述待测燃料电池金属双极板样品的氧化面积，并将其记为S1；
测试所述电解液中铁离子析出浓度，并将其记为C1；
用I2-I1、R2-R1、S1及C1来表征所述待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能，I2-I1、R2-R1、S1及C1越小，表示所述待测燃料电池金属双极板样品的抗腐蚀性能越好。
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