1 燃料電池對密封膠的要求
燃料電池的電力是通過氫氣和氧氣的化學反應得到的。作為燃料的氫氣，是一種無色、無味、yiranyibaodexiaofenziqiti，jishiyigehenxiaodefengxiyefeichangrongyidaozhixielou，bingqienengzaihenguangdehunhefanweineiyinxiaohuohuaeryinfabaozharanshao，suoyiyaoqiumifengjiaobixunenggoutigongdianchidanyuanjianlianghaodeqitimifeng。
高分子燃料電池使用了具有離子導電的高分子膜(陽離子交換膜)。陽離子交換膜通常采用帶磺酸基的氟樹脂。最著名的是Nafion膜，這種聚合物膜隻有在吸水後才會變為質子導電。因此要將反應氣體加濕以保持膜的質子導電性。燃料電池要在100℃左右運行，此時磺酸基的pH值為l-2，是強酸環境。
基於上述，要求高分子燃料電池中的密封膠，除具備防止水蒸氣泄漏的低透濕性、低透氣性外，還要能夠在運行環境中具有耐酸、耐濕和耐熱性。
另外，從密封膠中溶出的離子越少越好(尤其是重金屬離子)。原因有二，一是溶出的離子會攻擊高分子膜的磺酸基，影響質子導電性；二是溶出的離子會導致用於催化反應的鉑催化劑失活。兩者都會降低燃料電池的性能。
此外，隔離板之間必須具備絕緣性。
最(zui)後(hou)，考(kao)慮(lv)到(dao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)在(zai)汽(qi)車(che)及(ji)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)等(deng)經(jing)常(chang)處(chu)於(yu)移(yi)動(dong)或(huo)振(zhen)動(dong)環(huan)境(jing)的(de)應(ying)用(yong)，在(zai)這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)中(zhong)，密(mi)封(feng)膠(jiao)還(hai)需(xu)具(ju)有(you)橡(xiang)膠(jiao)彈(dan)性(xing)以(yi)便(bian)吸(xi)收(shou)劇(ju)烈(lie)的(de)振(zhen)動(dong)或(huo)衝(chong)擊(ji)。
綜上所述，燃料電池對密封膠的要求如下：
(1)高氣密性：為了密封氫氣和氧氣；(2)低透濕性：為了讓高分子膜在飽和水蒸氣條件下工作並保持電池內部的酸性；(3)酸性：電池發電時，通常處於低pH環境；(4)耐濕性：因為高分子膜在工作時電池內部處於飽和水蒸氣狀態；(5)耐熱性：由燃料電池的工作環境決定的；(6)低離子溶出量：為了保持高分子膜的質子傳導率並保持膜上的鉑金催化劑的活性；(7)絕緣性：為了防止電池之間的短路；(8)橡膠彈性：為了吸振抗衝擊；(9)其他：耐冷卻液介質性，在甲醇改質或甲醇燃料電池中應用時還要有耐甲醇介質性。
目前對燃料電池密封材料的研究主要集中在矽酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽為基礎的玻璃體係,以及雲母玻璃密封體係。
2 泄漏機理以及各種密封結構的比較
泄漏主要有3種類型：(1)界麵泄漏，液體從墊圈和被粘接表麵之間泄漏；(2)滲透泄漏(層內泄漏)，液體滲透墊圈導致泄漏；(3)破壞泄漏(裂開式泄漏)，由於墊圈自身破壞裂開而發生泄漏。根據材料的形式，墊圈可以被分為2類：固(gu)態(tai)和(he)液(ye)態(tai)墊(dian)圈(quan)。采(cai)用(yong)固(gu)態(tai)墊(dian)圈(quan)，是(shi)基(ji)於(yu)墊(dian)圈(quan)自(zi)身(shen)受(shou)壓(ya)反(fan)彈(dan)的(de)特(te)點(dian)而(er)密(mi)封(feng)，其(qi)回(hui)彈(dan)性(xing)是(shi)固(gu)態(tai)墊(dian)圈(quan)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)。這(zhe)種(zhong)固(gu)態(tai)墊(dian)圈(quan)的(de)最(zui)大(da)缺(que)點(dian)是(shi)墊(dian)圈(quan)和(he)被(bei)粘(zhan)接(jie)表(biao)麵(mian)之(zhi)間(jian)不(bu)易(yi)密(mi)合(he)，因(yin)此(ci)泄(xie)漏(lou)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)於(yu)界(jie)麵(mian)。其(qi)優(you)點(dian)是(shi)：能(neng)方(fang)便(bian)的(de)去(qu)除(chu)及(ji)能(neng)得(de)到(dao)相(xiang)對(dui)較(jiao)厚(hou)的(de)墊(dian)圈(quan)，因(yin)此(ci)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)較(jiao)好(hao)的(de)隔(ge)音(yin)性(xing)和(he)抗(kang)震(zhen)性(xing)。與(yu)此(ci)相(xiang)反(fan)，液(ye)態(tai)密(mi)封(feng)膠(jiao)因(yin)其(qi)具(ju)有(you)流(liu)動(dong)性(xing)可(ke)以(yi)流(liu)人(ren)到(dao)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)的(de)表(biao)麵(mian)結(jie)構(gou)中(zhong)，而(er)且(qie)密(mi)封(feng)性(xing)好(hao)，不(bu)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)界(jie)麵(mian)泄(xie)漏(lou)。液(ye)態(tai)密(mi)封(feng)膠(jiao)主(zhu)要(yao)有(you)2種：FIPG(就地成型墊圈)和CIPG(固化裝配墊圈)。
2.1 FIPG(Formed-In-Place Gasket)
FIPG是在法蘭麵上塗敷液態密封膠，在密封膠還沒有固化時裝配起來，然後隨著膠的固化而起到密封作用。由於密封膠液體能夠自由流平，FIPG對法蘭麵的精度要求不高。另外由於具有粘接作用，且密封性好、可靠度高，可以減小法蘭麵幅，密封層也可以做得很薄。
2.2 CIPG(Cured-In-Place Gasket)
CIPG是將液態密封膠塗敷於法蘭的一麵並通過各種手段使其固化(例如：加熱、紫外線照射、濕氣等)，然ran後hou裝zhuang配pei法fa蘭lan從cong而er起qi到dao密mi封feng作zuo用yong。由you於yu這zhe類lei密mi封feng膠jiao是shi直zhi接jie塗tu敷fu於yu部bu件jian表biao麵mian然ran後hou再zai固gu化hua的de，所suo以yi它ta不bu需xu要yao通tong常chang模mo塑su墊dian圈quan所suo需xu要yao的de模mo具ju。然ran而er，CIPGdemifengyuanlihegutaidianquanleisi，zhuyaoqujueyufalanxingzhuang，shijiadejiyalihemifengjiaodeyasuoxingbiannengli。youyubiaomianxingzhuangjijingdujiangzhijieyingxiangmifengxiaoguo，suoyibixuyangekongzhitufujiaotiaodegexiangcanshu，yibaochiqiguhuahoudazhixiangtongdexingzhuang。
需要特別關注的是，膠對密封的介質(氣體或液體)的透過性越小，就可以采用更薄更窄的密封膠來密封。這一點對燃料電池的密封具有重要意義。因為燃料電池中的水蒸氣、氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)都(dou)是(shi)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)透(tou)過(guo)的(de)小(xiao)分(fen)子(zi)，極(ji)難(nan)密(mi)封(feng)。具(ju)有(you)優(you)異(yi)密(mi)封(feng)性(xing)能(neng)的(de)密(mi)封(feng)膠(jiao)可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)密(mi)封(feng)麵(mian)積(ji)，從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)出(chu)更(geng)大(da)空(kong)間(jian)用(yong)於(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)，提(ti)高(gao)了(le)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)，有(you)利(li)於(yu)電(dian)池(chi)的(de)小(xiao)型(xing)輕(qing)量(liang)化(hua)。
固態墊圈(包括CIPG)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)依(yi)賴(lai)於(yu)法(fa)蘭(lan)麵(mian)的(de)剛(gang)性(xing)和(he)外(wai)加(jia)壓(ya)力(li)。由(you)於(yu)組(zu)件(jian)安(an)裝(zhuang)後(hou)固(gu)體(ti)墊(dian)圈(quan)就(jiu)開(kai)始(shi)蠕(ru)變(bian)，導(dao)致(zhi)密(mi)封(feng)墊(dian)片(pian)麵(mian)壓(ya)降(jiang)低(di)。墊(dian)片(pian)的(de)蠕(ru)變(bian)在(zai)冷(leng)熱(re)循(xun)環(huan)或(huo)內(nei)壓(ya)頻(pin)繁(fan)波(bo)動(dong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)顯(xian)得(de)尤(you)其(qi)明(ming)顯(xian)，導(dao)致(zhi)扭(niu)矩(ju)下(xia)降(jiang)並(bing)最(zui)終(zhong)引(yin)起(qi)泄(xie)漏(lou)。對(dui)於(yu)一(yi)個(ge)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)來(lai)說(shuo)，密(mi)封(feng)設(she)計(ji)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)這(zhe)些(xie)蠕(ru)變(bian)，因(yin)為(wei)一(yi)塊(kuai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)通(tong)常(chang)是(shi)由(you)數(shu)十(shi)到(dao)數(shu)百(bai)個(ge)這(zhe)樣(yang)的(de)小(xiao)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)連(lian)接(jie)而(er)成(cheng)，一(yi)個(ge)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)極(ji)微(wei)小(xiao)的(de)蠕(ru)變(bian)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)很(hen)大(da)的(de)偏(pian)差(cha)。
2026-04-12 11:29:50
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