電氣強(qiáng)度測(cè)量?jī)x

質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)由于具有能量效率高、工作時(shí)噪音小等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種十分具 有潛力的技術(shù)，尤其是應(yīng)用在汽車上。近年來(lái)發(fā)布的燃料電池汽車如本田的“Clarity”，豐田的“Mi-rai”和現(xiàn)代的“Nexo”等都充分說明了 PEMFC 廣闊的應(yīng)用前景。質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane, PEM)作為PEMFC中的核心元件，直接影響著電池的性能和壽命，其主要功能是分隔氧氣和氫 氣、傳導(dǎo)質(zhì)子、隔絕電子。為提高質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，減小離子電阻，主要方法是減小質(zhì)子交換膜的厚度，因此薄膜的厚度不斷降低。目前以 Gore公司為代表的厚度為15 μm的薄膜已得到廣泛采用，同時(shí)豐田公司已經(jīng)在使用厚度為10 μm的薄膜。但隨著薄膜厚度的減小，其擊穿電壓也越來(lái) 越小，更容易引起電學(xué)短路，對(duì)電池造成非常大的 損害，所以當(dāng)施加在PEM上的電場(chǎng)超過其絕緣電氣 強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)達(dá)到薄膜厚度的極限。即PEM厚度的 最終物理極限由質(zhì)子交換膜的絕緣擊穿特性決 定[4]。而燃料電池中的反極現(xiàn)象一般表現(xiàn)為某一電流密度下，電堆內(nèi)部某一片或多片膜電極不能獲得 足夠的燃料或氧化劑，從而導(dǎo)致電極電壓反轉(zhuǎn)，其反轉(zhuǎn)電極電壓的絕對(duì)值有可能超過電池中PEM的 擊穿電壓，從而破壞PEM的絕緣性，損壞電池。

理想的介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下應(yīng)該沒有傳導(dǎo)電 流。但是任何實(shí)際的介質(zhì)，在直流電壓作用下總會(huì) 有微弱的電流流過（漏導(dǎo)電流）。在一定電壓范圍內(nèi)，介質(zhì)的漏導(dǎo)電流與所施加的電壓成正比，符合歐姆定律。但到達(dá)一定電壓值后，漏導(dǎo)電流和電壓 的關(guān)系會(huì)偏離歐姆定律，表現(xiàn)出電流失控，電阻趨 于無(wú)限小的現(xiàn)象，即發(fā)生介電擊穿。介質(zhì)由絕緣 體變?yōu)閷?dǎo)電體，發(fā)生擊穿時(shí)的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓。介質(zhì)的擊穿特性是介質(zhì)的基本電性能之一，它決定了介質(zhì)在電場(chǎng)作用下保持絕緣特性的能力。所以，通過研究質(zhì)子交換膜的擊穿電壓特 性，可以得到其絕緣擊穿特性。

目前關(guān)于PEM擊穿電壓特性的研究較少，在通 用公司的中提及PEM的電氣強(qiáng)度不小于 3 kV/mm；T R RALPH 等在研究膜電極反極現(xiàn) 象中提到 PEM 在絕對(duì)值電壓為 2 V 時(shí)會(huì)發(fā)生介電 擊穿，這說明PEM在制備成膜電極(MEA)后或者在 PEMFC中工作時(shí)擊穿電壓可能會(huì)顯著下降。PEM 在PEMFC中的擊穿電壓特性是一個(gè)很復(fù)雜且值得 探究的課題，因此有必要對(duì)PEM的擊穿電壓特性進(jìn) 行研究。文獻(xiàn)[8-10]研究指出，高聚物薄膜的擊穿 電壓受薄膜周圍環(huán)境溫度和濕度的影響，而PEM工 作狀態(tài)下的溫度、濕度也會(huì)改變，因此系統(tǒng)測(cè)試 PEM 在特定條件下的擊穿電壓，探討 PEM 的擊穿 電壓與溫度和濕度的關(guān)系也很有必要。

本研究建立測(cè)試PEM擊穿電壓的方法和裝置， 測(cè)試4種PEM的擊穿電壓和電氣強(qiáng)度，得到PEM擊 穿電壓和電氣強(qiáng)度與其厚度的關(guān)系以及擊穿電壓 與溫度和濕度的關(guān)系。

電氣強(qiáng)度測(cè)量?jī)x產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1408.1-2016絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法 第1部分：工頻下試驗(yàn)；

GB/T 1408.2-2016絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法 第2部分:對(duì)應(yīng)用直流電壓試驗(yàn)的附加要求；
ASTM D149固體絕緣材料介電擊穿電壓和介電強(qiáng)度的試驗(yàn)方法；
GB/T 1695-2005硫化橡膠工頻擊穿電壓強(qiáng)度和耐電壓的測(cè)定方法；
GB/T 3333-1999電纜紙工頻擊穿電壓試驗(yàn)方法；
GB/T 8815-2008 電線電纜用軟聚氯乙烯塑料標(biāo)準(zhǔn)；
GBT 12656-1990電容器紙工頻擊穿電壓測(cè)定法；
HG/T 3330-2012絕緣漆漆膜擊穿強(qiáng)度測(cè)定法；

電氣強(qiáng)度測(cè)量?jī)x主要參數(shù)：