石墨双极板酸性气体检测
一、检测目的
评估石墨双极板在酸性气体（如 SO₂、NO₂、HCl 等）环境中的耐腐蚀能力，模拟燃料电池实际运行中可能接触的酸性气体（如燃料气杂质或尾气排放环境）。
验证石墨材料的致密性、表面处理工艺（如涂层）对抗腐蚀性能的影响，确保双极板在酸性环境中不发生孔隙扩张、表面剥离或导电网络破坏。
二、检测样品制备
1. 样品选取
从石墨双极板成品中截取标准试样（如 50mm×50mm×2mm 的矩形片），需包含极板的流场区域及非流场区域，避免边缘加工缺陷对结果的干扰。
每组检测需制备 3-5 个平行试样，确保结果重复性；若极板表面有涂层（如 TiN、Au 等），需保证涂层完整无破损。
2. 样品预处理
用无水乙醇或去离子水超声清洗试样表面，去除油污、粉尘等杂质；烘干后用精度 0.01mm 的千分尺测量试样初始厚度、重量，并记录表面形貌（如拍照留存）。
三、检测设备与环境搭建
1. 主要设备
高温高湿酸性气体腐蚀箱：需具备温度（0-200℃）、湿度（20%-95% RH）、气体浓度（0-1000ppm）的精确控制能力，气体流通速率可调（推荐 0.5-1L/min）。
气体混合系统：将酸性气体（如 SO₂、NO₂）与载气（N₂或空气）按比例混合，配备质量流量计（精度 ±1%）确保浓度稳定；常见测试气体组合包括：
单一气体：100ppm SO₂ + 干燥空气；
混合气体：50ppm SO₂ + 50ppm NO₂ + 潮湿空气（湿度 70% RH）。
2. 环境校准
检测前需校准腐蚀箱内温湿度均匀性（温差≤±2℃，湿度差≤±5% RH），用气体传感器验证酸性气体浓度准确性（偏差≤±5%），确保气流在样品表面分布均匀。
四、酸性气体检测流程
1. 样品安装与初始数据采集
将试样固定于腐蚀箱内的样品架上，确保气体可均匀接触式样表面（避免重叠或遮挡）；连接导电性能测试线（若需同步监测电阻变化）。
记录初始数据：试样电阻（采用四探针法，精度 0.1mΩ）、表面粗糙度（Ra 值，精度 0.01μm）、质量（精度 0.1mg）。
2. 酸性气体腐蚀试验
阶段一：预处理
通入干燥载气（如 N₂）在 60℃下吹扫样品 30 分钟，去除表面吸附的水分或气体杂质。
阶段二：腐蚀循环
按设定条件通入酸性气体（如 100ppm SO₂ + 空气），温度控制在 80℃（模拟燃料电池运行温度），湿度维持 70% RH，持续腐蚀 200-1000 小时（根据标准或需求设定周期）。
每 24 小时为一个循环，循环内包含：酸性气体腐蚀 12 小时→ 通入干燥空气吹扫 2 小时→ 常温冷却 10 小时（模拟启停工况）。
3. 周期性性能监测
每 100 小时停机检测一次，步骤包括：
取出试样用干燥氮气吹扫表面，测量重量变化（失重率≤0.5% 为合格）；
用四探针法测量体积电阻（电阻增幅≤10% 为合格）；
观察表面形貌（如是否出现裂纹、剥落、变色等，可用 3D 显微镜放大 100 倍观察）。
五、检测结果评估与判定
1. 性能指标分析
重量变化：酸性气体腐蚀会导致石墨表面氧化或涂层腐蚀，若失重超过 0.5%，可能预示材料孔隙率增加或涂层失效。
电阻变化：石墨导电网络受腐蚀后，电阻增幅若超过 10%，表明内部结构或涂层导电层被破坏，影响燃料电池电性能。
表面形貌：若出现肉眼可见的裂纹、孔洞或涂层剥落，需分析腐蚀路径（如沿晶界腐蚀或均匀腐蚀），判断材料耐蚀性不足的原因。
2. 合格判定标准
参考行业标准（如 ISO 19880-5）：腐蚀试验后，试样重量损失≤0.3%，电阻增幅≤5%，表面无明显腐蚀坑或涂层脱落，视为耐蚀性能合格。
若用于高硫环境（如甲醇重整气），需提高 SO₂浓度至 500ppm，腐蚀时间延长至 1000 小时，性能衰减幅度应控制在上述标准的 1.5 倍以内。
六、注意事项
气体安全：酸性气体（如 SO₂、NO₂）具有毒性和腐蚀性，需在通风橱中操作腐蚀箱，配备气体泄漏报警器，试验人员需佩戴防毒面具和耐酸手套。
湿度控制：高湿度环境会加速酸性气体的电化学腐蚀（如形成亚硫酸溶液），需确保腐蚀箱湿度传感器定期校准（每月一次），避免冷凝水在试样表面聚集。
边缘效应：试样边缘易因应力集中或涂层厚度不足先发生腐蚀，检测时需重点观察边缘区域，必要时用密封胶涂覆边缘（非检测面）以排除干扰。
对比试验：可同时测试未涂层石墨板与涂层石墨板，通过性能差异评估涂层的防护效果（如 TiN 涂层可使耐蚀性提升 3-5 倍）。
通过酸性气体检测，可全面评估石墨双极板在燃料电池复杂工况下的耐蚀稳定性，为材料选型、涂层工艺优化提供依据。
试验中需严格控制气体浓度、温湿度及腐蚀周期，确保检测结果与实际运行场景的一致性。
