隨著氫能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)成為保障氫能質(zhì)量的重要手段，那氫氣純度的檢測(cè)方法有哪些？
根據(jù)歐洲指令2014/94 / EU，歐洲的氫氣制造商有責(zé)任證明其生產(chǎn)的氫氣達(dá)到氫燃料電池汽車(chē)用氫的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。氫氣中的雜質(zhì)可能源于氫氣的制取、運(yùn)輸、加氫站和維護(hù)操作環(huán)節(jié)。氫燃料電池標(biāo)準(zhǔn)ISO 14687-2-2012對(duì)道路車(chē)輛用質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池用氫要求做了規(guī)定，并給出了13種氣體雜質(zhì)的參數(shù)要求，如表1所示。
表1 氫氣中各組分含量的參數(shù)要求
盡管ISO 14687-2-2012中列出了13種不同的雜質(zhì)，但每種雜質(zhì)的存在概率和含量高度依賴(lài)于氫氣的產(chǎn)生方法。制氫工藝不同，氫氣中各種雜質(zhì)的含量也不相同，不論那種生產(chǎn)方法都要對(duì)氫氣及雜質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。一些標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)利和論文中詳細(xì)介紹了現(xiàn)有或建議的檢測(cè)氫氣中雜質(zhì)的方法，來(lái)測(cè)量氫氣中的雜質(zhì)含量，這些方法總體可以分為離線檢測(cè)法和在線檢測(cè)法。
離線檢測(cè)法是指遠(yuǎn)離加氫站，在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)氫氣純度的方法。離線分析通常使用采樣器從儲(chǔ)氫設(shè)備中獲取氫氣樣品，并將其直接運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析。離線檢測(cè)法主要有氣相色譜法（包括常規(guī)氣相色譜法和增強(qiáng)等離子色譜法）和光譜法等。增強(qiáng)等離子色譜法是基于等離子發(fā)射技術(shù)的一種檢測(cè)方法，該檢測(cè)器的檢測(cè)原理是在檢測(cè)器的石英小池周?chē)右愿哳l、高強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，在高頻、高強(qiáng)電磁場(chǎng)的作用下載氣和雜質(zhì)氣體被電離為等離子體，等離子體具有較高的能量，當(dāng)樣品進(jìn)入檢測(cè)器的石英小池之后，被等離子體電離并發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，根據(jù)不同組分發(fā)出不同波長(zhǎng)的光設(shè)計(jì)不同的濾光片，主組分發(fā)出的光不能通過(guò)被檢測(cè)組分的濾光片，這樣就避免了主組分的干擾，光信號(hào)經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而得到雜質(zhì)組分的濃度信息。
在線檢測(cè)法應(yīng)用在加氫站內(nèi)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)氫氣的進(jìn)行純度分析。加氫站需確保不符合標(biāo)準(zhǔn)的氫氣永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)氫燃料電池汽車(chē)，當(dāng)雜質(zhì)濃度超過(guò)ISO 14687-2限值時(shí)，應(yīng)迅速通知加氫站停止加氫。ISO 14687-2要求的某些測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)具有很高的挑戰(zhàn)性，全球目前只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室能按照在線檢測(cè)的要求快速準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)雜質(zhì)組分及含量。專(zhuān)門(mén)用于在線測(cè)量表1中所有雜質(zhì)的分析儀目前尚未進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，僅有一些可以同時(shí)檢測(cè)幾種雜質(zhì)的分析儀器。因此，另一種在線檢測(cè)方法是選擇幾種主要雜質(zhì)為代表作為檢測(cè)對(duì)象（如一氧化碳和硫化氫），確定氫氣是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)。主要雜質(zhì)超出標(biāo)準(zhǔn)后，加氫機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。
ISO 14687-2標(biāo)準(zhǔn)中列出的某些雜質(zhì)最高允許含量極低，使用常規(guī)分析儀很難測(cè)量，廣泛應(yīng)用的氣相色譜法雖然可以檢測(cè)到多種雜質(zhì)，但通常不能達(dá)到規(guī)定的低含量。因此有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，采用“濃縮”或預(yù)濃縮技術(shù)將雜質(zhì)濃縮至常規(guī)分析儀可以測(cè)量的水平，通過(guò)濃縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)痕量組分的檢測(cè)，從而減少了分析成本和時(shí)間。
英國(guó)開(kāi)發(fā)了一種用于濃縮氫氣樣品中雜質(zhì)的新型雜質(zhì)富集方法，該方法通過(guò)示蹤氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，示蹤氣體的添加量足夠低，不會(huì)影響混合物的總成分，使用帶有脈沖放電氦離子化檢測(cè)器的氣相色譜（GC-PDHID）進(jìn)行精確測(cè)量雜質(zhì)含量。富集后，測(cè)量示蹤氣體并確定富集因子，與以前使用理想氣體定律的方法相比，該技術(shù)的準(zhǔn)確性得到了顯著提高，富集系數(shù)可達(dá)80。
美國(guó)Power+Energy發(fā)明了除氫質(zhì)譜儀（HEMS），可以在富集階段去除氫氣，對(duì)氣體樣品中的雜質(zhì)進(jìn)行原位測(cè)量。通過(guò)測(cè)量樣品富集時(shí)壓力的變化來(lái)計(jì)算富集系數(shù)。到目前為止，是市場(chǎng)上唯一可商購(gòu)的氫雜質(zhì)富集裝置，制造商規(guī)定的檢測(cè)極限在pmolmol-1級(jí)別范圍內(nèi)，適用于氫純度痕量組分分析。
總體來(lái)說(shuō)，離線測(cè)量需要從加油機(jī)取樣并送到實(shí)驗(yàn)室，加氫站可能需要幾天甚至幾周的時(shí)間才能知道結(jié)果，分析結(jié)果更為準(zhǔn)確但實(shí)時(shí)性差；在線方法能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是離大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。對(duì)于離線和在線方法，重要的是要確保測(cè)量結(jié)果可追溯到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在線或離線檢測(cè)氫氣純度的方法仍需要集成最先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)階段可以考慮同時(shí)使用兩種方法來(lái)及時(shí)高精度檢測(cè)雜質(zhì)。
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