质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)由于具有能量效率高、工作时噪音小等特点，被认为是一种十分具 有潜力的技术，尤其是应用在汽车上。近年来发布的燃料电池汽车如本田的“Clarity”，丰田的“Mi-rai”和现代的“Nexo”等都充分说明了 PEMFC 广阔的应用前景。质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)作为PEMFC中的核心元件，直接影响着电池的性能和寿命，其主要功能是分隔氧气和氢 气、传导质子、隔绝电子。为提高质子交换膜的质子传导率，减小离子电阻，主要方法是减小质子交换膜的厚度，因此薄膜的厚度不断降低。目前以 Gore公司为代表的厚度为15 μm的薄膜已得到广泛采用，同时丰田公司已经在使用厚度为10 μm的薄膜。但随着薄膜厚度的减小，其击穿电压也越来 越小，更容易引起电学短路，对电池造成非常大的 损害，所以当施加在PEM上的电场超过其绝缘电气 强度时，就会达到薄膜厚度的极限。即PEM厚度的 最终物理极限由质子交换膜的绝缘击穿特性决 定[4]。而燃料电池中的反极现象一般表现为某一电流密度下，电堆内部某一片或多片膜电极不能获得 足够的燃料或氧化剂，从而导致电极电压反转，其反转电极电压的绝对值有可能超过电池中PEM的 击穿电压，从而破坏PEM的绝缘性，损坏电池。

理想的介质在外电场作用下应该没有传导电 流。但是任何实际的介质，在直流电压作用下总会 有微弱的电流流过（漏导电流）。在一定电压范围内，介质的漏导电流与所施加的电压成正比，符合欧姆定律。但到达一定电压值后，漏导电流和电压 的关系会偏离欧姆定律，表现出电流失控，电阻趋 于无限小的现象，即发生介电击穿。介质由绝缘 体变为导电体，发生击穿时的临界电压称为介质的击穿电压。介质的击穿特性是介质的基本电性能之一，它决定了介质在电场作用下保持绝缘特性的能力。所以，通过研究质子交换膜的击穿电压特 性，可以得到其绝缘击穿特性。

目前关于PEM击穿电压特性的研究较少，在通 用公司的中提及PEM的电气强度不小于 3 kV/mm；T R RALPH 等在研究膜电极反极现 象中提到 PEM 在绝对值电压为 2 V 时会发生介电 击穿，这说明PEM在制备成膜电极(MEA)后或者在 PEMFC中工作时击穿电压可能会显著下降。PEM 在PEMFC中的击穿电压特性是一个很复杂且值得 探究的课题，因此有必要对PEM的击穿电压特性进 行研究。文献[8-10]研究指出，高聚物薄膜的击穿 电压受薄膜周围环境温度和湿度的影响，而PEM工 作状态下的温度、湿度也会改变，因此系统测试 PEM 在特定条件下的击穿电压，探讨 PEM 的击穿 电压与温度和湿度的关系也很有必要。

本研究建立测试PEM击穿电压的方法和装置， 测试4种PEM的击穿电压和电气强度，得到PEM击 穿电压和电气强度与其厚度的关系以及击穿电压 与温度和湿度的关系。

电气强度测量仪产品符合标准：GB/T 1408.1-2016绝缘材料电气强度试验方法 第1部分：工频下试验；

GB/T 1408.2-2016绝缘材料电气强度试验方法 第2部分:对应用直流电压试验的附加要求；
ASTM D149固体绝缘材料介电击穿电压和介电强度的试验方法；
GB/T 1695-2005硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法；
GB/T 3333-1999电缆纸工频击穿电压试验方法；
GB/T 8815-2008 电线电缆用软聚氯乙烯塑料标准；
GBT 12656-1990电容器纸工频击穿电压测定法；
HG/T 3330-2012绝缘漆漆膜击穿强度测定法；

电气强度测量仪主要参数：