《质子交换膜燃料电池气体扩散层测试方法》编制说明

《质子交换膜燃料电池气体扩散层测试方法》编制说明

一、工作简况

1.1任务来源

《质子交换膜燃料电池气体扩散层测试方法》团体标准是由中国汽车工程学会

批准立项。文件号中汽学函【2022】044号，任务号为2022-18。本标准由中国汽

车工程学会燃料电池分会提出，上海碳际实业集团有限公司、中科院大连化学物理

研究所等单位起草。

1.2编制背景与目标

当前，氢能已经被确定为国家能源战略的重要组成部分。作为氢能利用的最主

要形式，质子交换膜燃料电池技术在过去十多年中取得了显著的成绩，推动并加快

了核心材料的产业化与国产化进程。但作为燃料电池膜电极核心材料-气体扩散

层，在技术水平和产业化方面仍与国外有较大差距，相关标准也不完善，不能满足

产业化快速发展的需求。为此，国内相关企业和团体在氢能与燃料电池产业化不断

深入发展的背景下，需要紧紧把握燃料电池技术发展趋势，依托现有技术优势与积

累，发展和完善气体扩散层的测试评价体系，促进气体扩散层产业化发展。

《质子交换膜燃料电池气体扩散层测试方法》团体标准参照国家标准《GB/T

20042.7-2014PEMFC第7部分-炭纸特性测试方法》（注：炭纸为气体扩散层的

基底材料，气体扩散层由炭纸材料上增加微孔层制成的），针对实际使用场景对气

体扩散层的技术特性要求，增加了面积电阻、挺度、微孔层附着力、静态接触角的

测试项目，并改进了透气率测试方法。新标准能更好地满足当前技术进步对气体扩

散层材料的评价使用要求，预期通过实施新标准，可进一步规范相关主体对气体扩

散层的测试方法，帮助开展产品技术对标，提高国内燃料电池企业的技术竞争力。

1.3主要工作过程

本标准于2021年12月开始标准立项；2022年1月到2022年3月份进行了标

准预研工作，包括行业内相关标准文件的梳理，所包含测试项目梳理，以及初步的

试验测试工作；2022年2月至5月进行了标准草稿的编写工作；2022年5月份至

8月份对标准进行了申报、修改及讨论。

2022年5月6日在上海召开了的线上启动会，会议上由中国汽车工程学会和

上海碳际实业集团有限公司对本标准的任务来源、技术内容、编制说明等进行了简

1

要介绍，并宣布成立标准起草组。各起草人对本标准的内容逐字逐句地进行了积极

热烈的讨论，形成了征求意及处理汇总如下：

标准

序号修改意见提出单位处理意见

章条编号

GDL，之前我们买过有

不接受。已增加

微孔层和没有微孔层

1题目重庆大学GDL术语，标题不

的，是否需要定义

变

GDL？

于2014年进行修订一

2引言重庆大学接受

次

中国汽车技术

32引用国标里的排序研究中心有限接受

公司

东风汽车集团

42该行需顶格写接受

有限公司

中国华能集团

３术语和清洁能源技术

5GDL需要定义吗？接受

定义研究院有限公

司

上海电气集团

３术语和耐久性要测试吗？比

6股份有限公司接受

定义如，冷启动循环后的

中央研究院

术语的定义描述：一般

常用的描述语“指……

73亿创氢能接受

在……下的情况，一般

是通过……”

中国汽车技术

83.1透气阻力的单位描述研究中心有限接受

公司

导热特性：国标里面规

新源动力股份本测试方法不涉及

9其它定的范围，比较大，参

有限公司导热部分

考性不突出

3.关于GDL耐久性测

试：GDL的（化学、

电化学、机械化学）耐

久性对燃料电池的使用不接受，本部分测

10其它寿命有重大影响，行业贝特瑞试方法不包含耐久

至今没有形成统一的离性测试

线评价标准，建议考虑

讨论设立相应的测试方

法标准。

2

2022年7月26日，起草组召开第二次线上讨论，集中讨论草稿修订后的问题

及意见。2022年9月9日，形成征求意见稿并公开征求意见，意见处理汇总结果

如下：

序标准

修改意见提出单位处理意见

号章条编号

但随着近年来基础

1引言重庆大学接受

研究和产业化技术

是否需要写出接触

角测试引用的标准

东风汽车集团

22“GB/T30693-2014接受

有限公司

塑料薄膜与水接触

角的测量”

中国华能集团

在单位时间和规定

清洁能源技术

33.1的压差下，……所接受

研究院有限公

需的时间

司

中国汽车技术

43.3.5单位改为度（°）研究中心有限接受

公司

建议修改为面积电

东风汽车集团

53.6阻。“面积比电阻”接受

有限公司

与概念定义不符。

用面积电阻衡量电

阻特性需有前提，东风汽车集团不接受，定义里已经是

63.6

就是气体扩散层的有限公司归一化后的结果

厚度一样

有错别字，应该为

74武汉理工大学接受

“……不大于”

中国汽车技术

测试仪器的精度说

84研究中心有限接受

明

公司

中国汽车技术

测试原理是非必须

95研究中心有限接受

的

公司

中汽研新能源

测试项目的描述可

汽车检验中心接受，重新梳理测试项

105以参考已往的团标

（天津）有限目的范围和说明逻辑

描述

公司

江苏延长桑莱

建议增加20042.7

115特新能源有限接受

里的国标测试说明

公司

3

是否增加国标里的宁波市吉利汽

125已接受，与前面重复

测试项目？车研究院

透气阻力，数值可上海捷氢科技

135.1接受

能不太敏感股份有限公司

在单位时间和规定

145.1.1的压差下，……所武汉理工大学已接受，与前面重复

需的时间

中国汽车技术

样件准备情况要有

155.1.1研究中心有限接受

说明

公司

微米单位不能用μ

165.1.4武汉理工大学接受

代替

上海电气集团

5.2水蒸气要不要加图注：透

17股份有限公司不接受，已取消该项目

透过量测试湿杯结构示意图

中央研究院

±1℃，字体符号，

185.3.3两个单位好像不一重庆大学接受

样

中国汽车技术

195.3.3规定温湿度的说明研究中心有限接受

公司

公式是变量的，要中科院大连化

205.3.4接受

不要用斜体呢？物所

剥离强度测试，建

上海捷氢科技

215.4议采用金属板的方不接受

股份有限公司

法

关于Gurly法测试

GDL气阻：测试方

法本身没有问题，

不过现在许多成功

的GDL产品自身

225.4贝特瑞已接受，与前面重复

气阻数据颇大，与

其在燃料电池中的

优秀性能表现形成

对比，建议考虑测

试该指标的意义。

235.4.2该句比较口语化同济大学接受

【句号改为逗

245.4.3号】……夹到另一重庆大学接受

夹具里，

4

【数字和单位之间

255.4.3重庆大学接受

增加空格】

东风汽车集团

265.6.4单位不是太统一接受

有限公司

东风汽车集团

275.1.4改为圆筒接受

有限公司

东风汽车集团

285.6.4改为cm²接受

有限公司

2023年1月5日，起草组将修改后的标准文稿提交送审。2023年4月25日，

在重庆召开专家评审会，会上专家提出的修改意见以及相对应的处理结果汇总如

下：

序号章条编号意见内容提出专家处理意见及理由

增加详细的实验数据和验

1《编制说明》庄萍已增加

证过程

按《标准原则》里面的规已按GB/T1.1-2020

2全部庄萍

范性原则要求调整格式要求修改

文稿里面写明预研过程，

3《编制说明》经历的几个阶段，还有征庄萍已增加

求意见的细节

根据《国家标准管理办

已按GB/T1.1-2020

4全部法》里的流程和文本要求庄萍

要求修改

修改

英文标题里面的除首单词

5封面外改小写，PEMFC用全庄萍已按要求修改

称

底下写[来源于国标

63.1庄萍已按要求修改

《2004》,有修改]

修改：1、前言2、范围已按GB/T1.1-2020

7前言，附录庄萍

附录A标题要求修改

起草单位写全称，并提供已增加单位全称，未

8前言陈金锐

机构代码增加代码

5

“涂层剥离力”需统一名

统一改为“剥离强

93.1，14称，建议改为“微孔层剥陈金锐

度”

离力”

引言里的透气阻力描述，

10引言赵宏建引言已删除

“简单”不太合适。

11引言建议删掉引言庄萍引言已删除

适用范围删掉"单电池"；

12前言“测试样品”改为“样赵宏建已按要求修改

件”

相关实验数据补充到《编

13《编制说明》赵宏建已按要求修改

制说明》

标准引用部分：5.10加上

引用GBT-剥离，接触

142庄萍已按要求修改

角；排序和下文统一；后

文有的2个要加上。

153.1术语部分加引用源王宇鹏已按要求修改

“接触角”统一改成“静

1615王宇鹏已按要求修改

态接触角”

173.2符号在前面加说明王宇鹏已按要求修改

“气体扩散层（或碳

184.1纸）”改为“样品或样赵宏建已改为样品

件”

写清楚“炭纸”和“气体

19《编制说明》赵宏建已按要求修改

扩散层”的区别

209.1.2注：100mL气体。庄萍已按要求修改

217.1.1b）后一句改为注释。庄萍已按要求修改

仪器名称列表修改字体格

225王宇鹏已按要求修改

式

测量范围，精度做分类；仪器要求描述差异

235增加时间记录仪器；可以张斌大，不适合做归类。

参考最近的国标参考GBT20042.7-

6

2014格式。

万能试验机的“KN”改

245陈明已按要求修改

为“kN”

未采纳，“按照”更为

257.2“按照”改为“参考”庄萍

合适

样件制备提取作为单独一

264.1陈明已按要求修改

节，特殊样件单独制备

样品环境要求统一范围，

274.2例如：温度±5度，湿度王宇鹏已按要求修改

±10%

28《编制说明》写明为什么用1MPa张斌已按要求修改

加引导语：“按以下步骤

297.1.1庄萍已按要求修改

进行”；删掉“1MPa”

图1里面加上电源的示意

30图1赵宏建已按要求修改

图

317.1.2公式后加"……"庄萍已按要求修改

327.1.1第一段，列为5.4.1庄萍已删除

338.1.1删掉“注意夹子”张斌已按要求修改

加引导语；文中要提到图

348.1.1庄萍已按要求修改

2

涂层剥离力测试加温湿度温湿度条件统一写在

3514.1王睿翔

条件4.2

368.1.1改正引用标准的数字标号张斌已按要求修改

“经5h测定”前面删掉

379.1.1张斌已按要求修改

的内容，再改通顺一点

测定的准确度的表述改为

389.1.1张斌已删除

表格的形式

3914.1加示意图王宇鹏已按要求修改

4015.1接触角引用的两个标准只陈金锐已按要求修改

7

保留一个

图3里的1，2，3分别指

4114.1张斌已按要求修改

哪里，加示意图

附录B（加资料性附

42附录B录）；正文加“见附录庄萍附录B已删除

B”的引用

增加：参考GBT20042.7-

4316庄萍已按要求修改

2014附录C

2023年9月14日，起草组根据评审会专家意见修改文稿形成报批稿，并进行

了提交。

二、标准编制原则和主要内容

2.1标准编制原则

本标准编制过程中参考了GB/T1.1-2020中的起草文件原则，充分考虑了气体

扩散层最新技术水平和当前市场情况,认真分析了燃料电池领城的标准化需求，在准

确把握标淮化对象、文件使用者和文件编制目的的基础上，明确了文件的类别和功

能类型，确定了文件的规范性要素，合理设置和编写了文件的层次和要素,准确的表

达了文件的技术内容。本标准内容表述遵循了一致性原则，协调性原则和易用性原

则，文件内各部分表述一致，相互协调，且便于直接应用或被其他文件引用

2.2标准主要技术内容

本标准共分为5章，新增了质子交换膜燃料电池气体扩散层的测试方法和要

求，其中新增测试项目5个，引用原有国标文件（GB/T20042.7-2014）的项目有8

个。内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、测试仪器和设备、测试方法，

以及附录部分的测试报告等。

2.3关键技术问题说明

本标准提出的方法能为气体扩散层的测试提供指导作用。目前使用的GB/T

20042.7-2014标准不涉及微孔层的剥离强度和疏水性测试，以及材料的弯曲挺度，

而这些产品的性能参数随着大功率电堆的开发应用，变得越来越重要，而本标准提

出的方法可以实现对上述性质的实验测量。

8

2.4标准主要内容的论据

弯曲挺度是气体扩散层和炭纸材料抵抗弯曲变形的能力，它和材料的压缩率一

样，是当前膜电极开发和电堆装配过程中非常重要的特性指标。弯曲挺度主要受原

材料、添加剂和制程工艺条件的影响。面积电阻和电阻率相近，它是衡量材料导电

能力的特性指标，但面积电阻包含归一化后的电阻信息，可以对不同厚度、不同特

征的材料进行横向对比，具有非常好的直观性。

微孔层剥离强度是表征微孔层（复合材料表面）粘附在基体时，抵抗外部因素

脱落脱离的能力。气体扩散层是炭炭复合类材料，在其炭纸基体表面含有涂敷碳

粉、疏水粘结剂等构成的微孔层材料。在电池运行条件下，微孔层在基体上粘附能

力越大，则气体扩散层的稳定性越强。随着大功率电堆和膜电极的开发，导致电池

内部气体流速显著提高，温湿度变化也更加频繁。因此，开展微孔层剥离强度的测

试是非常必要的。

透气阻力是锂电池隔膜材料领域，非常成熟且常用的一个表征项目。对于气体

扩散层和炭纸材料，透气阻力同样适用，并且透气阻力的测试方法和操作过程简洁

易用，表示单位为秒，可以非常直观地指示材料本体的透气性能。因此，我们在本

标准制定过程中，提出将这一新的测试项目推广到气体扩散层测试领域。

2.5标准工作基础

编制组主要起草单位上海碳际实业集团有限公司具备完整的炭纸和气体扩散层

开发、检测及产业化能力，其中就包括本标准所涉及到的面积电阻测试、透气阻力

测试、剥离强度测试等。在工作过程中，参考了国标GB/T2792-2014（胶粘带剥

离强度测试）、GB/T458-2008（纸和纸板透气度的测定），本单位积累了一定

数量的测试试验数据，并取得了较好的检测成果。

编制组中的主要参与单位，涵盖众多气体扩散层的应用企业，具有较强的代表

性，且各参与单位在本标准编制过程中提出很多建议意见，对本标准的通用性、科

学性和可操作性提供了较高保障。

三、主要试验（或验证）情况分析

起草组采用了产自中国、美国、德国、日本，韩国的五款商业化气体扩散层产

品按本标准提出的测试方法进行了对比测试，样品A、B、C、D、E的商品型号分

别为HP21、MB30、22BB、060、A6L。

9

3.1面积电阻测试

按照标准文本中描述的测量方法对五款气体扩散层进行面积电阻测试，数据汇

总如下：

面积电阻mΩ·cm²（压力1Mpa）

样品名称

第一次第二次第三次平均值

样品A6.66.77.46.9

样品B6.06.66.36.3

样品C8.99.38.48.9

样品D10.39.710.610.2

样品E5.45.25.45.3

目前主流燃料电池企业大都使用1MPa的压力组装电池，所以面积电阻的测试

压力定在1MPa，更好的反应气体扩散层工作条件下的性能。五款气体扩散层的面

积电阻数据能较好的区分出导电性能之间的微小差异，且排除了厚度和面积的影

响。

3.2挺度测试

按照标准文本中描述的测量方法对五款气体扩散层进行挺度测试，按GB/T

22364-2008要求将弯曲角度设定为15°，且按GB/T20042.7测试了抗弯强度作为

对照数据，结果汇总如下：

挺度mN·m抗弯强度N

样品名称

横向纵向横向纵向

样品A0.6540.94无法测量0.108

样品B0.290.92无法测量0.155

样品C0.2620.828无法测量0.293

样品D0.5761.074无法测量0.318

样品E0.941.0730.0910.31

原国标《GB/T20042.7-2014PEMFC第7部分-炭纸特性测试方法》中抗弯强

度测试方法在样品硬挺度过小时，无法测量出数值，或者由于样品自身重力，数值

误差较大，而挺度测试覆盖测量范围更广。

3.3透气阻力测试

按照标准文本中描述的测量方法对五款气体扩散层进行透气阻力测试，数据汇

总如下：

样品

透气阻力s,正面透气阻力s,反面

名称

测试第一第二第三第四第五平均第一第二第三第四第五平均

次数次次次次次值次次次次次值

10

样品

67.268.068.167.468.967.9268.167.568.867.967.167.88

A

样品

30.631.232.130.329.730.7829.730.930.429.431.230.32

B

样品

22.621.922.322.121.222.0222.321.522.422.921.922.2

C

样品

62.361.061.961.962.861.9862.162.962.862.461.762.38

D

样品

47.647.548.947.146.847.5847.747.846.347.547.947.44

E

五款气体扩散层的透气阻力数据能较好的区分出透气性能之间的差异，且该方

法在锂电池隔膜测试应用非常普遍，测试设备成熟，易获取。

3.4剥离强度测试

按照标准文本中描述的测量方法对五款气体扩散层进行微孔层剥离强度测试，

数据汇总如下：

样品名称