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让丰田本田都头疼的氢气密封,究竟有多难?

时间:  2020-03-23 10:14  来源:  氢能源燃料电池电动汽车   作者:  网络转载

燃料电池电堆是由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。单体电池电极连接时,必须要有严格的密封,密封不良会导致氢气泄露,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,影响电池寿命。由于高压高功率密度燃料电池具有产气压力大的特点,因此对气体密封的要求更为严格。

燃料电池对密封材料的要求如下: (1)高气密性:为了密封氢气和氧气;(2)低透湿性:为了让高分子膜在饱和水蒸气条件下工作并保持电池内部的酸性;(3)酸性:电池发电时,通常处于低pH环境;(4)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;(5)耐热性:由燃料电池的工作环境决定的;(6)低离子溶出量: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;(7)绝缘性:为了防止电池之间的短路;(8)橡胶弹性:为了吸振抗冲击。

根据材料的形式,密封垫圈可以被分为2类:固态和液态垫圈

固态垫圈

采用固态垫圈,是基于垫圈自身受压反弹的特点而密封,其回弹性是固态垫圈的一个重要指标。这种固态垫圈的最大缺点是垫圈和被粘接表面之间不易密合,因此泄漏主要来自于界面。其优点是:能方便的去除及能得到相对较厚的垫圈,因此能够提供较好的隔音性和抗震性。固态垫圈材料主要包括硅橡胶和氟橡胶

液态密封胶

液态密封胶因其具有流动性可以流人到非常复杂的表面结构中,而且密封性好,不容易产生界面泄漏。

本田公司使用液体密封胶将薄板冲压成形工艺(press-forming)、树脂成型工艺(resin molding)和橡胶成型工艺(rubber molding)集成为一个工艺,生产成本大大降低,利于产业化。本田通过将电池下底较宽的梯形截面形状密封圈改成矩形截面形状,密封圈的宽度变小,电堆体积减少了约3 L左右。此外,树脂和密封圈包裹双极板有助于保持和外界隔离,消除了为防水和保持电堆箱体隔离的附加措施。

对于燃料电池来说,密封设计时需要考虑众多因素,因为一块燃料电池通常是由数十到数百个这样的小电池单元连接而成,一个电池单元极微小的误差可能会导致电池组件出现很大的偏差。探索最优的密封结构,找到最可靠的电堆密封解决方案,对于国内厂商来说依旧是重中之重。



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