碳紙雙極板電阻率測試儀對材料的要求

碳紙（氣體擴散層，GDL）和雙極板（BPP）是燃料電池（如質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC）的核心組件，其電阻率直接影響到電池的內(nèi)阻和整體性能。使用專用電阻率測試儀對這些材料進行測試時，對樣品材料有明確且嚴(yán)格的要求。

以下是碳紙雙極板電阻率測試儀對材料的主要要求，可以分為通用要求、對碳紙（GDL）的要求和對雙極板（BPP）的要求三個方面。

一、通用要求（適用于碳紙和雙極板）

這些是確保測試結(jié)果準(zhǔn)確性和可重復(fù)性的最基本條件。

1.尺寸與形狀：

必須與測試儀的電極夾具匹配。這是最首要的要求。常見的樣品形狀為方形（如5cmx5cm）或圓形（直徑通常為幾厘米）。

尺寸精度：樣品應(yīng)被精確切割，邊緣平整，無毛刺。尺寸過大無法放入夾具，過小則會導(dǎo)致接觸面積不足或壓力不均，引入巨大誤差。

重要性：確保測試區(qū)域（即兩電極之間的部分）的面積（A）是精確已知的，這是計算電阻率（ρ=RA/L）的關(guān)鍵參數(shù)。

2.表面平整度與平行度：

要求：樣品上下表面應(yīng)盡可能平整、光滑且相互平行。

原因：如果表面不平整，在施加標(biāo)準(zhǔn)壓力時，樣品與電極之間會產(chǎn)生點接觸或局部接觸，而不是均勻的面接觸。這會顯著增加接觸電阻，使測得的電阻值遠高于材料本身的體電阻，導(dǎo)致測試失敗。

3.清潔度：

要求：樣品表面必須清潔、干燥，無任何污染物，如灰塵、油污、指紋、水分等。

原因：任何污染物都會在接觸界面形成絕緣層或附加電阻層，嚴(yán)重影響接觸電阻和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常建議在測試前用無水乙醇或異丙醇擦拭樣品表面，并充分晾干。

4.均勻性：

要求：待測樣品在測試區(qū)域內(nèi)應(yīng)盡可能材質(zhì)均勻、密度一致。

原因：電阻率測試得到的是整個測試區(qū)域的平均值。如果材料本身不均勻（如碳紙有厚有薄，雙極板有缺陷），測得的電阻率將不能代表材料的真實特性，且不同位置的結(jié)果重復(fù)性差。

二、對碳紙（氣體擴散層，GDL）的特殊要求

碳紙是由碳纖維構(gòu)成的多孔材料，其測試有特殊注意事項。

1.結(jié)構(gòu)完整性：

要求：樣品在切割和裝夾過程中應(yīng)保持結(jié)構(gòu)完整，無撕裂、破損或嚴(yán)重褶皺。

原因：碳紙較脆，不當(dāng)操作易損壞邊緣，影響有效接觸面積和壓力分布的均勻性。

2.疏水性考慮（如適用）：

許多碳紙會噴涂聚四氟乙烯（PTFE）來增強疏水性。測試時需明確：

測試狀態(tài)：是測試原始疏水碳紙，還是需要測試經(jīng)過特定處理（如親水化）后的樣品？不同表面狀態(tài)其接觸電阻不同。

結(jié)果解讀：需知疏水涂層本身會增加一定的接觸電阻。

3.微孔結(jié)構(gòu)的影響：

碳紙的多孔結(jié)構(gòu)意味著在施加壓力時，其實際接觸面積小于電極的表觀面積。測試儀施加的壓力必須標(biāo)準(zhǔn)化（通常遵循ASTM或ISO標(biāo)準(zhǔn)，如14MPa），否則結(jié)果無法相互比較。

三、對雙極板（BPP）的特殊要求

雙極板通常為石墨板、復(fù)合板或金屬板，其要求略有不同。

1.表面粗糙度：

要求：這是一個極其關(guān)鍵的參數(shù)。測試報告時應(yīng)注明樣品的表面粗糙度（Ra值）。

原因：表面粗糙度對接觸電阻有決定性影響。粗糙度越大，實際接觸面積越小，接觸電阻越高。不同批次的板材或不同加工工藝（如銑削、研磨、拋光）會得到不同的粗糙度，因此必須在相同粗糙度下比較電阻率才有意義。

2.涂層（針對金屬雙極板）：

要求：如果金屬雙極板表面有導(dǎo)電防腐涂層（如金、碳、氮化鈦等），需確保涂層均勻、無缺陷、無剝落。

原因：測試結(jié)果反映的是“基體+涂層"的整體導(dǎo)電性能。涂層的任何瑕疵都會成為高電阻點，影響整體測量值。

3.流場結(jié)構(gòu)：

要求：測試通常是在無流場的平板上進行。

原因：電阻率是材料的本征屬性，應(yīng)在均勻材質(zhì)上測量。帶有流場的極板無法提供穩(wěn)定、均勻的接觸面和準(zhǔn)確的截面積，因此不適合用此法測量其“電阻率"。其性能通常通過接觸電阻測試或在單電池中評估整體性能來衡量。

總結(jié)與建議

為了從碳紙/雙極板電阻率測試儀獲得可靠、可重復(fù)的數(shù)據(jù)，材料應(yīng)滿足：

|特性|           要求|                    原因|

|尺寸精度|嚴(yán)格匹配夾具尺寸，精確切割|確保計算面積（A）準(zhǔn)確|

|表面平整度，無翹曲、變形|保證均勻的面接觸，減少接觸電阻|

|清潔度|無污染、干燥|防止污染物引入額外電阻|

|材質(zhì)均勻性|測試區(qū)域內(nèi)成分、密度一致|保證測得值是材料的真實體電阻率|

|表面狀態(tài)|碳紙：結(jié)構(gòu)完整；雙極板：標(biāo)注粗糙度/涂層狀態(tài)|表面狀態(tài)是影響接觸電阻的關(guān)鍵變量|

|測試壓力|遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓力（非材料屬性，但屬關(guān)鍵測試參數(shù)）|壓力直接影響接觸電阻，必須標(biāo)準(zhǔn)化|

最佳實踐：

在測試前，詳細(xì)查閱測試儀的操作手冊和相關(guān)國際/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如ASTMB611,ASTMF1529或ISO3915）。

制備樣品時，使用精密切割工具（如精密切割機、激光切割機）。

對每批材料在不同位置取樣進行多次測量，以評估其均勻性和結(jié)果的可靠性。

完整記錄樣品的所有信息，包括尺寸、厚度、表面處理狀態(tài)、粗糙度等，并在報告中體現(xiàn)。