氢能工业要展开质量检测规范应先行！——访氢能与燃料电池剖析办法规范拟定作业组组长潘义研讨员

  氢能和燃料电池轿车是当下的热门，仪器信息别采访到了我国测验技能研讨院化学研讨所潘义研讨员，共享其所带领的氢能与燃料电池剖析办法规范拟定作业组在氢燃料质量检测办法规范化系统建造范畴的相关作业。

  为推动气候变化管理和动力转型，促进动力行业供给革新，保证国民经济和民生的可继续和高质量展开，我国以担任任的大国担任情绪提出了“3060双碳”方针。氢能因其来历广、焚烧热值高、能量密度大、可贮存、可再生的特色，成为我国节能减排和动力革新进程中最理想的动力互联前言。近几年，国家各部委和地方政府密布出台了一系列促进氢能工业展开的顶层设计计划，以中石化、中石油、国家动力集团、国家电投等为代表的相关央企纷繁布局氢能工业链。质子交流膜燃料电池（PEMFC）轿车作为氢能运用的重要场景，我国早在2006年就将其列入了国家中长期科学和技能展开规划大纲。

  氢气作为燃料电池轿车的能量载体，其质量的好坏将直接影响PEMFC的运转和寿数正常与否。国内外相关科研机构环绕氢气中杂质组分对燃料电池的损害机理展开了很多的探究与验证作业，各种微痕量杂质对燃料电池会发生不同的影响：水含量过高会使气体的分散功率下降，阻挠气体到燃料电池的催化层进行反响，影响燃料电池的功率、稳定性和耐久性；二氧化碳、甲烷、氮、氩、氦等杂质组分会下降氢气的分压，导致燃料电池部分氢气供给缺乏，或许构成电池反极并发生碳蚀现象；一氧化碳会占有 PEM 催化剂的

  活性位而阻止氢气在催化剂上的吸附，下降氢气电离出质子的速率，严峻时会导致催化剂彻底失活；不同品种的硫化物如硫化氢、硫氧碳、二氧化硫、硫醇、硫醚等都会对PEMFC 阴极催化剂发生不行逆的毒化效果；甲酸和甲醛具有相似的毒化效果，两者均会在电池膜电极催化剂外表发生吸附，然后下降反响外表积；氨会下降电池电极电化学反响界面，对 PEMFC 功用发生不行逆的损坏；卤离子在电池阴极上与氧气的竞赛吸附会影响燃料电池的作业功率，下降电池功用；颗粒物杂质会占有膜电极的活性位影响电池功用功率，并会影响氢气贮存和反响系统的安全[1]。

  ISO 14687系列规范阅历20多年的拟定完善进程，开始以氢燃料质量规范ISO 14687:1999版别发布，后经2004年美国动力部举行的研讨会评论将氢燃料的重视要点由纯度（Purity）转变为质量（Quality），并与2012年构成ISO 14687-2:2012，该规范系统规则了14类杂质组分的组成和限值要求。现在国际上现行有用的产品质量规范

  BS EN 17124:2018规则的内容与ISO 14687:2019彻底共同。在对氢气纯度、非氢气总量、水、氧、氦、二氧化碳、一氧化碳、氨、甲酸、总卤化物、最大颗粒物浓度等这11个目标的要求上，ISO 14687:2019与GB/T 37244-2018坚持了共同。两者的首要差异在于，ISO 14687:2019放宽了对甲烷、氮、氩和甲醛等4个杂质含量限值的要求，其间对甲烷的含量限值作了单

  独规则，为100 μmol/mol；氮和氩由本来的算计不超越100 μmol/mol，更改为各自不超越300 μmol/mol；总烃含量的计量办法由“依照甲烷计”更改为“依照C1计且不包含甲烷”；甲醛的含量限量值由本来的0.01 μmol/mol前进为0.2 μmol/mol；总硫含量的计量办法也由“依照硫化氢计”更改为“依照S1计”。此外，ISO 14687:2019还针对一氧化碳、甲醛、甲酸的总含量提出不行超越0.2 μmol/mol的要求。需求留意的是，ISO 14687:2019规范内“总硫”参数所引荐的检测办法ASTM D7652现已于2020年作废了，现在ISO/TC 197正在安排展开ISO 14687:2019下一个版别的修订作业。

  我国现行质子交流膜燃料电池轿车用氢气GB/T 37244-2018中提出了需求重视的氢燃料质量有影响的系列杂质组分限量值要求，并针对每种杂质组别离离引用了不同的剖析办法规范。考虑到氢气

  布景条件下的适用性，从经济适用性等视点考虑，笔者以为部分办法规范还存在能够优化和提高的空间。

  工业要展开，规范需先行。质子交流膜燃料电池用氢气作为工业“前端出产的产品”和“后端运用的质料”，树立精确牢靠、具有溯源性的质量检测剖析办法规范系统至关重要。在拟定规范的进程中，要重视规范的质量：既不能构成规范施行进程中技能门槛和本钱过高，现场适用性差，变为“僵尸规范”；亦要留意尽量选用先进的技能和办法，有利于技能的更新迭代，促进工业前进展开；既要呼应国家发起的剖析仪器配备国产化要求，尽量完结技能自主可控；一起还要统筹氢能工业对在线和离线测验需求的特色。

  全国气体规范化技能委员会气体剖析分技能委员会氢能与燃料电池剖析办法规范拟定作业组（SAC/TC206/SC1/WG1，以下简称“氢能作业组”），氢能作业组担任国内氢能与燃料电池范畴气体剖析规范化的归口作业。作业组建立之后，在全国气体规范化技能委员会的辅导下，秘书处承当单位安排科研人员，并联协作业组各成员单位，针对GB/T 37244和ISO 14687规范中规则的质子交流膜燃料电池轿车用氢气质量检测所触及到的一切气态组分杂质和颗粒物组分杂质的取样和检测展开联合科研攻关和规范化作业，首要包含各类组分剖析办法规范，气体剖析术语规范，气体规范样品/物质制备办法，气体采样、取样办法规范等方面。

  岛津GC-2030气相色谱为运用测验渠道，选用多阀多柱，热导检测器、火焰离子化检测器和甲烷转化炉组合的气相色谱剖析办法，完结一次进样完结8个参数的精确定性定量剖析，剖析谱图见图1，实验标明THC、CO、CH4、CO2、Ar、O2、He、N2的线.033 μmol/mol、0.039 μmol/mol、0.14 μmol/mol、0.25 μmol/mol、0.32 μmol/mol、9.5 μmol/mol、1.7 μmol/mol。图1. 氢气中甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氧、氦、氮、氩等7个组分的接连7次进样典型谱图

  针对规范中限值最为严厉和剖析难度最大的总硫含量(4 nmol/mol)，我国测验技能研讨院的研讨人员开发了根据不同来历的氢气中9种典型硫化合物的低温富集与GC-SCD相结合的在线剖析解决计划。此计划首要包含高精确度微痕量氢气中多组分硫化物混合气体规范物质、集成了在线动态稀释功用的半导体低温富集系统和硫化学发光气相色谱仪。结果标明此系统的校准曲线 nmol/mol，办法检出限最低可到达0.01 nmol/mol，精密度和精确度令人满意（RSD

  规范的最大价值在于服务社会前进、经济展开和工业立异，其最大任务在于辅导、规范和束缚运用者得到合理、科学和精确的定论。剖析办法在实验室离线运用以及现场在线运用中，要充沛考虑办法的适用性、合理性、安全性和经济性，氢能作业组在充沛调研和前期实验研讨的基础上，紧跟国际上最新的燃料电池用氢气质量规范ISO14687：2019中规则的杂质组分组成和限值要求，别离整理了一些剖析办法解决计划供检测验验室和现场参阅运用，详细见表2。

  现在，氢能作业组正在安排展开的与燃料氢气质量检测相关的国家规范制修订项目有：“气体剖析 质子交流膜燃料电池用氢气质量剖析办法 攻略（拟定）”、“气体剖析 微型热导气相色谱法（拟定）”、“GB/T 28726-2012 气体剖析 氦离子化气相色谱法（修订）”、“气体中微量水分的测定”系列规范修订，“气体中微量氧的测定”系列规范修订等；正在展开的集体规范拟定项目：《气体剖析 氢气中硫化物含量的测定 低温富集-硫化学发光气相色谱法》、《气体剖析 氢气中氨含量的测定 光腔衰荡光谱法》、《气体剖析 氢气中氩、氧、氦、甲烷、非甲烷总烃、一氧化碳、二氧化碳含量的测定 气相色谱法》。一起，氢能作业组已安排团队完结了“氢气中甲烷、一氧化碳、二氧化碳、甲醛、甲酸、氨和氯化氢的测定 傅里叶变换红外光谱法”、“氢气中卤化物的测定 在线吸收-离子色谱法”、“甲醛的测定 低温富集-气相色谱/质谱法”、“气体中微量水分的测定 电容法”、“高压气态氢气的取样办法”等系列办法规范的前期验证实验作业，下一步将在全国气体规范化技能委员会的安排下活跃申报国家规范，完善触及燃料氢气质量检测相关的取样和剖析办法规范系统，满意我国氢能工业高质量展开对气体剖析规范化的需求。

  [1] 潘义,邓凡锋,王维康,杨嘉伟,张婷,林俊杰,龙舟,姚伟民,方正.车用燃料氢气中杂质组分剖析办法规范化现状与讨论——以质子交流膜燃料电池轿车为例[J].天然气工业,2021,41(04):115-123.

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