北京北廣精儀儀器設(shè)備有限公司
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          雙極板四探針電阻率測試儀使用注意事項(xiàng)

          來源:技術(shù)文章    更新時(shí)間:2025-07-08    瀏覽:48次

          雙極板四探針電阻率測試儀使用注意事項(xiàng)

          雙極板(Bipolar Plate, BPP)和氣體擴(kuò)散層(Gas Diffusion Layer, GDL,通常指碳紙/碳布)是燃料電池(如質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC)的核心組件,其  面內(nèi)電阻(Through-Plane Resistance, TPR)和面電阻(Through-Plane Resistance, TPR)或接觸電阻(Contact Resistance)   是影響電池性能的關(guān)鍵參數(shù)。北廣精儀儀器公司專門用于測試這類材料的電阻率測試儀(常采用改進(jìn)的四探針法或特定夾具法)在使用時(shí)需特別注意以下事項(xiàng),以確保測量準(zhǔn)確、可靠并保護(hù)設(shè)備與樣品:

          核心原則:模擬實(shí)際工況 + 保證良好重復(fù)性接觸  

          一、樣品制備與處理

          1.樣品尺寸與平整度:  

          嚴(yán)格符合夾具要求:樣品需切割成測試夾具規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸(通常為方形或圓形,如 5cm x 5cm),邊緣整齊無毛刺。

          表面平整至關(guān)重要:雙極板(石墨/金屬復(fù)合材料)和碳紙表面必須盡可能平整。任何翹曲、凹陷或凸起都會(huì)導(dǎo)致接觸壓力不均,顯著影響電阻測量結(jié)果,尤其是接觸電阻。測量前可將樣品在平整重物下壓一段時(shí)間。

          2.清潔與干燥:  

          去除污染物:使用無塵布蘸取高純度無水乙醇或異丙醇,  輕柔  擦拭樣品待測表面(特別是雙極板的流道面和碳紙的微孔層/基底碳纖維面),去除油脂、指紋、灰塵、加工碎屑等。避免使用會(huì)留下殘留物的溶劑或擦拭物。

          干燥:清潔后,必須在潔凈干燥環(huán)境(如干燥器)中充分晾干或吹干(使用高純氮?dú)饣驂嚎s空氣),  確保表面無任何液體殘留  。水分會(huì)顯著降低測量電阻。

          3.環(huán)境適應(yīng)(可選但重要):  

          濕度控制:燃料電池在實(shí)際運(yùn)行中存在濕度。如果研究濕度對(duì)電阻的影響,需在可控濕度環(huán)境中平衡樣品足夠長時(shí)間(通常數(shù)小時(shí)),或在測試儀配備的濕度腔內(nèi)進(jìn)行測量。

          溫度控制:電阻可能隨溫度變化。如需評(píng)估溫度依賴性,需確保樣品在目標(biāo)溫度下達(dá)到熱平衡。注意夾具和探針的熱膨脹系數(shù)匹配。

          二、測試系統(tǒng)配置與校準(zhǔn)

          4.選擇合適的測試模式與夾具:  

          區(qū)分面內(nèi)電阻 vs. 接觸電阻 vs. 體電阻:明確測試目標(biāo):

          面內(nèi)電阻 (In-Plane Resistance):   評(píng)估材料自身在平面方向?qū)щ娦裕S?  直線四探針法 (Linear 4-Point Probe)  ,需專用探針臺(tái)。

          面電阻/體電阻 (Through-Plane Resistance/Bulk Resistance):   評(píng)估材料在厚度方向的導(dǎo)電性,是雙極板和GDL的關(guān)鍵指標(biāo),常用   改進(jìn)的四探針法或?qū)S妹骐娮鑺A具  。夾具通常包含兩個(gè)大面積電極(模擬流場板)對(duì)樣品施加壓力,并內(nèi)置電壓/電流探針分離。

          接觸電阻 (Interface Contact Resistance):   評(píng)估雙極板與GDL之間界面的電阻,需使用  模擬電池夾具  ,包含雙極板樣品、GDL樣品、模擬流場板(通常為鍍金銅板)和壓力施加裝置。

          夾具匹配:確保所選夾具適用于待測樣品的類型(剛性雙極板 vs. 柔性碳紙)和尺寸。

          5. 電極與探針:  

          材質(zhì)與表面:電極(電流施加端)和電壓探針通常采用高導(dǎo)電、耐腐蝕、硬度適中的材料(如鍍金銅、黃銅、不銹鋼)。  保持電極和探針接觸面高度清潔、光滑、無氧化或損傷  。定期用細(xì)砂紙(如2000目以上)或?qū)S们鍧崉伖猓⒂萌軇┣鍧崱?/span>

          探針間距校準(zhǔn) (僅限四探針法):   使用標(biāo)準(zhǔn)電阻片校準(zhǔn)探針間距 `s` (對(duì)于直線四探針) 或確認(rèn)面電阻夾具的有效面積因子(根據(jù)夾具設(shè)計(jì)確定)。

          6. 壓力控制系統(tǒng):  

          核心參數(shù):施加在樣品上的  壓力  是影響接觸電阻和體電阻測量結(jié)果的最關(guān)鍵因素之一,必須模擬燃料電池堆的實(shí)際裝配壓力(通常在 0.5 - 3.0 MPa 范圍)。

          精確控制與測量:   使用高精度壓力傳感器和控制系統(tǒng)(氣動(dòng)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)),確保壓力  均勻、穩(wěn)定、可重復(fù)  地施加在樣品整個(gè)有效接觸面上。記錄并報(bào)告每次測試的精確壓力值。

          壓力范圍與步進(jìn):   根據(jù)研究需要,可能需要在不同壓力下進(jìn)行測試(如壓力掃描)。設(shè)置合理的壓力步長和保壓時(shí)間。

          7.電學(xué)系統(tǒng)校準(zhǔn):  

          源表校準(zhǔn):定期校準(zhǔn)電流源和電壓表的精度。

          開爾文連接:必須使用四線制(開爾文連接)進(jìn)行測量,以消除導(dǎo)線和接觸電阻對(duì)電壓測量的影響。確保電流線和電壓線分開連接且接觸良好。

          測試電流選擇:  

          選擇適當(dāng)?shù)臏y試電流(通常在 mA 量級(jí)),確保產(chǎn)生的電壓降在儀器量程內(nèi)且有足夠信噪比,但  避免電流過大引起樣品發(fā)熱  (焦耳熱),特別是在高電阻樣品或高壓力下。建議進(jìn)行小范圍電流掃描驗(yàn)證歐姆特性。

          對(duì)于面電阻測試,夾具通常內(nèi)置了分離的電流注入和電壓測量回路。

          三、 測試操作流程

          8.    樣品安裝:  

          精確定位:將樣品平整、居中放置在夾具的下電極/下探針平臺(tái)上。對(duì)于接觸電阻測試,嚴(yán)格按順序放置:模擬流場板 -> GDL -> 雙極板樣品 -> 模擬流場板(或上電極)。

          避免污染與損傷:操作時(shí)佩戴無粉丁腈手套或使用潔凈鑷子。防止樣品彎折(尤其碳紙)。

          9.施加壓力:  

          平穩(wěn)加壓:啟動(dòng)壓力系統(tǒng),緩慢、平穩(wěn)地施加壓力至目標(biāo)值。避免沖擊加載。

          保壓穩(wěn)定:達(dá)到目標(biāo)壓力后,  等待足夠時(shí)間(通常 30- 數(shù)分鐘)  ,讓樣品形變(尤其碳紙的壓縮)和接觸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),再開始電學(xué)測量。記錄保壓時(shí)間。

          10.   執(zhí)行測量:  

          設(shè)置參數(shù):輸入測試電流、電壓量程、平均次數(shù)等參數(shù)。

          讀取數(shù)據(jù):啟動(dòng)測量,記錄穩(wěn)定的電壓降 `V` 和已知電流 `I`

          多次測量:在同一壓力點(diǎn)進(jìn)行多次測量取平均值,或在壓力穩(wěn)定后連續(xù)讀取一段時(shí)間觀察穩(wěn)定性。

          方向性注意 (碳紙):碳紙具有顯著的各向異性。測量面電阻時(shí),  必須  確保電流方向垂直于碳紙平面(厚度方向)。測量面內(nèi)電阻時(shí),需明確方向(如機(jī)器方向MD vs. 橫向CD)。

          11.   壓力變化測試 (如需):  

          若進(jìn)行壓力掃描,在改變壓力后,必須再次等待壓力穩(wěn)定和樣品接觸穩(wěn)定,然后重復(fù)測量。

          注意壓力循環(huán)可能對(duì)樣品(特別是碳紙)造成不可逆壓縮,影響后續(xù)測試結(jié)果。記錄測試順序(升壓/降壓)。

          12.   環(huán)境控制 (如溫濕度腔):  

          若在控溫控濕腔內(nèi)測試,確保樣品、夾具在設(shè)定環(huán)境下達(dá)到充分平衡(可能需要數(shù)小時(shí))后再加壓和測量。監(jiān)控腔內(nèi)實(shí)際溫濕度。

          四、 數(shù)據(jù)處理與報(bào)告

          13.   正確計(jì)算電阻率/電阻:  

          面內(nèi)電阻率 (四探針法):   `ρ = (πt / ln2)   (V / I)` (對(duì)于厚度 `t` 遠(yuǎn)小于探針間距 `s` 的薄片,常用公式) 或根據(jù)具體探針配置和樣品尺寸使用標(biāo)準(zhǔn)公式/修正因子。

          面電阻 / 體電阻:   `R = V / I` (直接得到電阻值 Ω)。  面電阻率 (單位:Ω·cm2)   通常計(jì)算為 `R   A`,其中 `A` 是  電壓測量探針?biāo)鼑挠行Ы佑|面積 (cm2)   (由夾具設(shè)計(jì)決定,需明確或校準(zhǔn))。有時(shí)也直接報(bào)告面

          新四探針1 - 副本.png


          主營產(chǎn)品:電壓擊穿試驗(yàn)儀,介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀,體積表面電阻率測試儀,海綿泡沫落球回彈試驗(yàn)儀,介電常數(shù)測試儀,體積電阻率測試儀,海綿泡沫壓陷硬度試驗(yàn)儀,介電擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)儀,橡膠塑料滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),耐電弧試驗(yàn)儀,毛細(xì)管流變儀,自動(dòng)進(jìn)樣器,電氣強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī),歡迎來電咨詢。
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