作为氢燃料电池汽车的“心脏”,电堆的长期稳定性和使用寿命至关重要,要想整个电堆系统在密闭环境中实现长久有效的运行,就需要构建良好的密封性,这离不开高质量密封胶的应用。
如果氢燃料电池密封不良,就会导致氢气泄露,降低氢的使用率,影响燃料电池的效率,严重时会导致电池无法工作,从而影响电池寿命。
一、氢燃料电池密封胶性能要求
氢燃料电池密封胶主要用于双极板和膜电极之间,以及极板和极板之间。它需要具备以下性能:
高气密性:为了密封氢气和氧气,尤其是氢气,作为一种无色、无味、易燃易爆的小分子气体,即使一个很小的缝隙,氢气也非常容易导致泄漏;
低透湿性:质子交换膜通常采用带磺酸基的氟树脂,比如Nafion膜,这种聚合物膜只有在吸水后才会具备质子导电功能,因此要将反应气体加湿以保持膜的质子导电性;
酸性:电池发电时,通常处于低pH环境;
耐湿性:因为高分子膜在工作时电池内部处于饱和水蒸气状态;
耐热性:由燃料电池的工作环境决定的;
低离子析出量:为了保持高分子膜的质子传导率并保持膜上的铂金催化剂的活性;
绝缘性:为了防止单片电池之间的电气短路;
橡胶弹性:汽车经常处于各种运动状态中,具备弹性是为了吸振抗冲击。
二、氢燃料电池密封胶种类
目前氢燃料电池电堆气场的密封胶种类主要有 有机硅橡胶、聚烯烃、环氧树脂等,其中有机硅密封胶较为常用。
有机硅密封胶:具有优异的热稳定性和耐低温性,同时具有良好的电绝缘性、橡胶弹性、低压缩变形及耐酸性和耐溶剂性。它又可分为单组份有机硅体系密封胶及双组份有机硅体系密封胶。
聚烯烃密封胶:常见是聚异丁烯聚合物,又叫丁基橡胶,在加热状态下,可发生硅氢加成反应而固化交联。聚异丁烯具有碳碳饱和键的主链结构,和硅酮的硅氧链结构相比,碳碳分子链具有较短的分子间距离和较小的自由体积。具有柔软性的同时,它能提供更高的气体防漏性能和更低的透湿性能,丁基橡胶在所有已知橡胶中是透气性最低的。
环氧树脂密封胶:以环氧树脂为基体的密封胶,具有优良的密封性,兼具较高的胶接强度。
三、氢燃料电池密封胶应用工艺
氢燃料电池密封胶的应用工艺主要有点胶、丝印、一体化注塑等等。
点胶工艺是目前的主流,它分为两种,分别是CIPG(cured in place gasket)涂敷在密封面使其硬化后再进行装配,以及FIPG(formed in palce gasket)涂敷在密封面上,未硬化时进行装配。
丝印工艺的优点是可以做得很薄,液体硅橡胶将膜电极和双极板一体化注塑则是能提高生产效率。
来源:博詹咨询
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