【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解水制氢，尤其涉及一种电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法。
技术介绍
1、质子交换膜电解水(pemwe)制氢是利用可再生能源，如太阳能、风能等电解水，在无污染、零排放的情况下产生氢气和氧气的电化学过程。双极板(bpp)是确保pemwe电堆高效生产的关键部件之一，不仅需提供机械强度，分配水流，并且还将产生的气体输送到出口槽。
2、钛作为制造pemwe双极板主流材料，具有优良的导热导电率，以及优异的耐久性和化学稳定性。然而，在pemwe实际工作环境下，钛基双极板仍面临着严苛的腐蚀环境：高电位、富氧、较高的运行温度、酸性环境等，极易发生钝化，增加接触电阻，影响双极板的耐久性(使用寿命)和制氢效率。所以需要测评电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性，通过耐久性测试得到制氢双极板涂层体系的使用寿命，方便后期在合适时间对双极板进行修复或更换。保证电解堆的运行效率、经济性和安全性。
3、然而，现在通过单池实验去测试电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性，需要耗费很多时间、精力和花费，可行性较差，并且单池测试结果优劣受多个部件性能好坏的影响，无法剥离并准确评价双极板自身性能，所以如何提供一种更简单、快捷、高效和准确的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法具有较大的意义和作用。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供一种电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，具体的技术方案如下：
2
3、s1、将钛双极板及其配套涂层体系失效时的电流密度记为if，失效时的接触电阻记为rf，失效时的铂离子浓度cptf或钛离子浓度ctif；测试、收集实际电解水制氢过程中钛双极板所处的实际环境参数；
4、s2、单池运行结束后，记录单池运行时长，并将钛基双极板或钛基双极板配套涂层体系取出，通过模拟所述实际环境参数制备腐蚀溶液，测试并记录所述钛基双极板或钛基双极板配套涂层体系在腐蚀溶液中的腐蚀电流密度i0、接触电阻r0、铂离子浓度cpt0或钛离子浓度cti0；所述单池运行时长与腐蚀电流或电阻测试时长之和记为t1；
5、s3、将钛基双极板或钛基双极板配套涂层体系的试验样品置于电解槽中的腐蚀溶液中，通过至少调节ph值、电位或温度中的一个条件进行加速实验，每隔固定时间t0取出试验样品测试试验样品在设置电位下的电流密度或电阻，直至电流密度为i0、接触电阻r0、铂离子浓度cpt0或钛离子浓度cti0时停止，记录加速实验时长和恒电位测试时长之和t2；
6、s4、计算加速比a＝t1/t2；
7、s5、将相同的钛基双极板或钛基双极板配套涂层体系的试验样品置于电解槽中的腐蚀溶液中，通过至少调节ph值、电位或温度中的一个条件进行加速实验，所述ph值和电位与s3中一致，每隔固定时间t0取出试验样品测试试验样品在设置电位下的电流密度、接触电阻或离子浓度，直至电流密度达到失效电流密度if、失效接触电阻rf或失效离子浓度cptf或ctif停止，记录加速实验时长和恒电位测试时长之和t2；
8、s6、实际使用寿命t1＝at2。
9、根据业内对钛双极板及其配套涂层体系性能要求，可明确失效时钛双极板及其配套涂层体系的电流密度或接触电阻；当钛双极板或钛双极板配套涂层体系测试的电流密度、接触电阻或离子浓度与失效时数值一致时，所经历的时间为实际使用寿命t1。电解水制氢钛基双极板及其配套涂层体系以电流密度、接触电阻和溶液中离子浓度为寿命指标。
10、本专利技术提供的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法基于反应热力学基本原理，参考钛布拜图，如图1所示，钛布拜图横坐标为ph值，纵坐标为电位，表示钛金属在某个ph和电位下钛所处的状态。本专利技术的测试方法利用电化学测试技术，通过调整电位、ph或温度快速将双极板及其配套涂层体系的接触电阻或电流密度达到失效临界值，进而计算推断双极板的耐久性；且不改变钛双极板的腐蚀产物和腐蚀机理，可实现对电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性进行离线加速测试，降低原位测试组装运行复杂以及高昂的试验成本，以达到快速、准确、高效的评价钛双极板及其配套涂层体系的使用寿命，极大地方便了电解水制氢钛双极板及其配套涂层寿命检测和评估，具有明显的优势和广阔的应用前景。
11、进一步地，所述电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法搭建的实验平台包括电化学工作站、工作电极、铂电极、银/氯化银电极、电解槽、水浴锅、蠕动泵、制氧机/氧气瓶。
12、进一步地，所述的钛基双极板材料包括ta1、ta2或tc4。
13、进一步地，所述环境参数包括f离子浓度、ph值、温度、电压值和氧流量。
14、进一步地，所述步骤s3和s5中，ph值调节范围为0～5。
15、进一步地，所述步骤s3和s5中，通过电化学工作站测试设置电位下的电流密度。
16、进一步地，所述步骤s3和s5中，所述的电位调节范围为1.8v～3vshe。
17、进一步地，所述步骤s3和s5中，所述的温度调节范围为60～90℃。
18、进一步地，所述步骤s3和s5中，所述钛基双极板或钛基双极板配套涂层体系的试验样品安装入工作电极夹中(工作电极)，铂电极作为对电极，参比电极为银/氯化银电极。
19、进一步地，所述步骤s2中的腐蚀溶液的f离子浓度通过添加氟化钠或氢氟酸获得；温度通过水浴锅提供。
20、进一步地，所述步骤s2中的电解槽设有进气管和出气管，外接制氧机或氧气瓶控制氧流量；通过进气管不断通入氧气来模拟电解水制氢阳极析氧反应。
21、进一步地，所述电解槽的池体为玻璃材料，上附聚四氟乙烯盖子，盖子上有5个直径为6mm的孔洞，5个孔分别为工作电极孔、参比电极孔、对电极孔、进气孔和出气孔。
22、进一步地，所述步骤s3和s5中的电化学性能测试是采用三电极体系在恒温水浴锅内进行测试。钛或镀铂钛双极板为工作电极，银/氯化银为参比电极，铂为对电极，通过蠕动泵将水浴锅内瓶装恒温水在电解槽腔体内循环，保持三电极体系处于恒温状态，并在此条件下测试。
23、本专利技术的有益效果为：
24、(1)本专利技术依据钛布拜图进行加速实验方法设计，在保证其腐蚀产物和腐蚀机理不变的前提下对电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系进行寿命预测，为寿命预测的可靠性提供坚实支撑，保证寿命预测的准确、高效。
25、(2)本专利技术根据实际工况环境参数制备腐蚀溶液可能的还原了电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系的工作环境，进一步提高了寿命预测的等效性和准确性。
26、(3)本专利技术具有简单、快捷、高效和准确的特点，采用离线测试方式，有效避免了电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系在单池中长时间运行，极大的降低了测试成本和研发费用，具有较本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述的钛基双极板材料包括TA1、TA2或TC4。
3.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述环境参数包括F离子浓度、pH值、温度、电压值和氧流量。
4.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S3和S5中，pH值调节范围为0～5。
5.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S3和S5中，所述的电位调节范围为1.8V～3VSHE。
6.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S3和S5中，所述的温度调节范围为60～90℃。
7.根据权利要求5所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S3和S5中，通
8.根据权利要求3所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中的腐蚀溶液的F离子浓度通过添加氟化钠或氢氟酸获得。
9.根据权利要求3所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中的腐蚀溶液的温度通过水浴锅提供；电解槽设有进气管和出气管，外接制氧机或氧气瓶控制氧流量。
10.根据权利要求9所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中的电解槽通过进气管不断通入氧气来模拟电解水制氢阳极析氧反应。
...【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述的钛基双极板材料包括ta1、ta2或tc4。
3.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述环境参数包括f离子浓度、ph值、温度、电压值和氧流量。
4.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤s3和s5中，ph值调节范围为0～5。
5.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测试方法，其特征在于，所述步骤s3和s5中，所述的电位调节范围为1.8v～3vshe。
6.根据权利要求1所述的电解水制氢钛双极板及其配套涂层体系耐久性的测...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄尧，张高群，姚纪政，李霖，邓占锋，张彬，
申请(专利权)人：北京智慧能源研究院，
类型：发明
国别省市：
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