氫燃料電池用氫氣品質檢測的主要指標有哪些？

　　氫燃料電池用氫氣品質檢測是確保燃料電池系統高效、安全、長壽命運行的關鍵環節。由于氫燃料電池(特別是質子交換膜燃料電池，PEMFC)對氫氣的純度、雜質含量極為敏感，即使是ppm（百萬分之一）級別的某些雜質也可能導致催化劑中毒、膜電極(MEA)損傷、性能衰減甚至系統故障。
 

　　因此，對氫氣品質進行嚴格、規范的檢測與控制至關重要。
 

　　一、氫燃料電池用氫氣的主要質量標準
 

　　目前，國際和國內針對燃料電池用氫氣品質，主要的標準有：
 

　　1. 國際標準
 

　　ISO 14687:2019?
 

　　《氫燃料 – 燃料電池汽車用氫氣品質》(Hydrogen fuel – Product specification)
 

　　是目前國際上燃料電池汽車與固定式燃料電池系統用氫氣的標準。
 

　　2. 中國國家標準
 

　　GB/T 37244-2018?
 

　　《質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》
 

　　是中國專門針對燃料電池汽車（FCV）用氫氣制定的國家標準，基本等同采用 ISO 14687:2019。
 

　　? 上述兩個標準對氫氣中的常規氣體成分、雜質種類及最大允許濃度進行了詳細規定，是氫燃料電池用氫氣品質檢測的核心依據。
  

　　二、氫燃料電池用氫氣品質檢測的主要指標
 

　　根據 ISO 14687:2019 和 GB/T 37244-2018，氫氣品質主要從以下幾個方面進行評價，涉及氫氣純度與多種雜質的最大允許濃度：
 

　　1. 氫氣純度（基礎指標）
 

　　氫氣（H?）的最小體積濃度要求：≥ 99.97%(即雜質總量 ≤ 0.03% 或 300 ppm)
 

　　這是燃料電池用氫的基礎純度門檻，低于此值可能影響燃料電池的整體性能與壽命。
 

　　2. 關鍵雜質及其最大允許濃度（單位：通常為 ppm，即百萬分之一）
 

　　以下為 ISO 14687:2019 和 GB/T 37244-2018 中規定的主要雜質種類及其限值：

雜質類別	具體物質	最大允許濃度（ppm）	對燃料電池的主要影響
一氧化碳（CO）?	CO	≤ 0.2 ppm?	極易使質子交換膜燃料電池的鉑催化劑中毒，導致電池性能急劇下降
硫化物?	H?S（硫化氫） 總硫（以H?S計）	≤ 0.004 ppm（4 ppb）?	硫是催化劑的強毒物，即使極低濃度也會不可逆地毒化鉑等催化劑
氨（NH?）?	NH?	≤ 0.1 ppm?	可能導致膜電極性能下降，與質子交換膜發生不良反應
鹵素化合物（如氯）?	總鹵素（以Cl計）	≤ 0.05 ppm?	腐蝕材料，損害電池組件，特別是金屬部件與膜材料
氧氣（O?）?	O?	≤ 5 ppm?	可能引起氧化反應，影響催化劑與膜材料穩定性
氮氣（N?）?	N?	≤ 100 ppm（非嚴格要求，但影響熱值與效率）?	稀釋氫氣，降低能量密度，但對電池無毒害
一氧化氮（NO）與二氧化氮（NO?）?	NO / NO?	≤ 0.05 ppm?	可能導致催化劑中毒與膜材料損傷
甲醛（HCHO）?	HCHO	≤ 0.01 ppm?	有毒害催化劑的潛在風險
甲酸（HCOOH）?	HCOOH	≤ 0.2 ppm?	可能腐蝕系統組件，影響電堆性能
顆粒物（固體顆粒）?	顆粒（如鐵銹、灰塵）	≤ 1 mg/m³（或規定過濾器等級）?	堵塞管路、閥門、噴射器，損害精密部件
水分（H?O）?	水蒸氣	露點溫度要求 ≤ -40°C（或規定值）?	水過多可能導致冰堵（低溫環境）、電堆組件腐蝕；但適量水對膜濕潤有利

 

　　? 注意：不同應用場景（如汽車用 vs. 固定電站用）對個別雜質的要求可能略有差異，但 CO、H?S、NH? 通常是控制嚴格的三大毒性雜質。
 

　　三、其他重要指標(非雜質，但也影響使用)

指標	要求/說明
氫氣露點（水分含量）?	一般要求 露點 ≤ -40°C，甚至 -50°C 或更低（尤其寒冷地區或防冰堵要求） 水分過多在低溫下會結冰，堵塞管道與閥島
氫氣壓力?	通常為 35 MPa 或 70 MPa（高壓氫氣），檢測時需確保壓力穩定與安全
氫氣溫度?	一般要求在 0°C ~ 40°C 范圍內供應，避免高溫或低溫對電堆造成熱沖擊
總烴類（如甲烷、乙烯等）?	雖然標準中未嚴格限定，但高濃度可能影響燃燒與系統效率，系統會控制

 

　　四、氫氣品質檢測的常見方法與儀器
 

　　為確保氫氣滿足燃料電池使用要求，通常采用以下檢測技術與設備：

檢測項目	常用檢測方法/儀器
氫氣純度?	氣相色譜儀（GC，配備TCD或FID檢測器）
一氧化碳（CO）?	氣相色譜（GC）、紅外分析儀、電化學傳感器
硫化氫（H?S） / 總硫?	醋酸鉛試紙、紫外熒光法、氣相色譜（配硫檢測器）
氨（NH?）?	氣相色譜、離子選擇電極、化學吸收比色法
水分（露點）?	露點儀（鏡面式、電容式、激光式），如 Michell、VAISALA 等品牌?
顆粒物?	顆粒計數器、濾膜法、光學粒子計數器
鹵素（如氯）?	離子色譜（IC）、化學滴定法

 

　　? 工業級氫氣加注站、燃料電池汽車加氫站、制氫工廠通常配備在線氫氣純度與雜質監測系統，以實現實時監控與自動報警。
 

　　五、總結：氫燃料電池用氫氣品質檢測的核心要點

檢測維度	核心要求
氫氣純度?	≥ 99.97%，即雜質總量 ≤ 0.03%（300 ppm）
關鍵毒性雜質?	如 CO ≤ 0.2 ppm、H?S ≤ 0.004 ppm（4 ppb）、NH? ≤ 0.1 ppm，是催化劑保護的重中之重
水分（露點）?	露點 ≤ -40°C，防止結冰與腐蝕
顆粒物?	≤ 1 mg/m³，防止堵塞精密流道與閥門
其他雜質?	如 NOx、O?、烴類、鹵素等，均有明確上限，需根據標準控制
檢測標準?	主要依據 ISO 14687:2019? 和 GB/T 37244-2018

 

　　? 一句話總結：
 

　　氫燃料電池用氫氣品質檢測的核心是保證氫氣的高純度（≥99.97%）與極低濃度的有害雜質（如CO、H?S、NH?等控制在ppm甚至ppb級），以確保燃料電池催化劑與膜電極的長期穩定與高效運行，避免中毒、腐蝕和性能衰減。