燃料电池检测之万能试验机测试碳纸的压缩强度以及比较抗压缩性能

首先，万能试验机是一种能够执行多种力学测试的先进设备，包括拉伸、压缩、弯曲等多种测试模式。它能够对材料进行精确的力学性能测试，为材料研究和产品开发提供重要的数据支持。

在测试碳纸的压缩强度时，通常会选择压缩测试模式。首先，需要将碳纸样本放置在万能试验机的压缩夹具中，并设置好测试参数，如压缩速度、压缩距离等。然后，启动试验机，开始对碳纸样本进行压缩。在压缩过程中，试验机会实时记录碳纸样本所受到的压缩力以及压缩位移等数据。当碳纸样本达到其最大承受压力时，试验机会自动停止压缩，并输出相关的测试数据。

通过万能试验机测试得到的碳纸压缩强度数据，可以对不同样本的抗压缩性能进行比较。抗压缩性能好的碳纸样本，其压缩强度数值通常较高，意味着在相同的压缩条件下，这些样本更能够保持其结构的稳定性和完整性。这对于燃料电池在实际应用中的稳定性和耐久性至关重要。

除了压缩强度测试外，万能试验机还可以进行其他类型的力学性能测试，如拉伸测试、弯曲测试等。这些测试可以全面评估碳纸的性能特点，为燃料电池的设计和制造提供更全面的数据支持。

测试概念

PEMFC的核心部件是膜电极组件，由两个催化层（CL）、两个气体扩散层（GDL）和一个质子交换膜（PEM）组成。气体扩散层是膜电极中的关键部分，起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的作用。常用的气体扩散层（GDL）基材主要有：碳纸、碳布、碳黑纸、金属材料等，其中碳纸因具有高导电性、耐腐蚀性以及出色的尺寸稳定性，是GDL基材的最理想材料。

碳纸是一种常用耗材，碳纸是一种经证明具有耐久性的碳纤维复合纸。非常适合用作催化剂背衬层。在燃料电池应用中，碳纸是燃料电池实验的专用材料，而碳纸的压缩率则是评价碳纸质量的一个非常重要的指标。

压缩应力 （compressive stress）：试样单位原始横截面积所承受的压缩负荷，单位为兆帕(MPa)。注：压缩试验中，应力σ和应变 ε是负值。但是通常把负号忽略。若产生混乱，例如比较拉伸和压缩性能，后者可加负号。对标称应变是不必要的。

压缩强度：在压缩试验中，试样直至破裂(脆性材料)或产生屈服(非脆性材料)时所承受的最大压缩应力。计算时采用的面积是试样的原始横截面积。在没有明显屈服点的场合，可以用预先设定的偏置屈服点的压应力来定义。压缩强度也是一个重要的力学量，它表征材料抵抗压缩载荷而不失效的能力。

测试原理

沿着试样主轴方向，以恒定的速度压缩试样，直至试样发生破坏或达到某一负荷或试样长度的减少值达到预定值。测定试样在此过程的负荷。

测试资料

气体扩散层（GDL）作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键组成材料之一，其性能的好坏将直接影响PEMFC的安全性能和使用寿命。而碳纸作为GDL的支撑层，其结构与性能又对GDL有一定的影响。强度性能是碳纸的重要指标之一，具有较好强度的碳纸可为质子交换膜燃料电池的安装和使用带来保障，同时稳定整个电极的结构，提高电池的寿命。因此，对碳纸材料进行拉伸、压缩、三点弯曲和剥离强度测试，可以有效检验碳纸强度，在碳纸材料的开发与规模化生产中发挥极为重要的作用。

结果分析

图片源自网络

 

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分析测试实验室

 

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