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：nengfangbiandequchujinengdedaoxiangduijiaohoudedianquan，yincinenggoutigongjiaohaodegeyinxinghekangzhenxing。yucixiangfan，yetaimifengjiaoyinqijuyouliudongxingkeyiliurendaofeichangfuzadebiaomianjiegouzhong，erqiemifengxinghao，burongyichanshengjiemianxielou。yetaimifengjiaozhuyaoyou2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)，CIPG的de密mi封feng原yuan理li和he固gu態tai墊dian圈quan類lei似si，主zhu要yao取qu決jue於yu法fa蘭lan形xing狀zhuang，施shi加jia的de擠ji壓ya力li和he密mi封feng膠jiao的de壓ya縮suo形xing變bian能neng力li。由you於yu表biao麵mian形xing狀zhuang及ji精jing度du將jiang直zhi接jie影ying響xiang密mi封feng效xiao果guo，所suo以yi必bi須xu嚴yan格ge控kong製zhi塗tu敷fu膠jiao條tiao的de各ge項xiang參can數shu，以yi保bao持chi其qi固gu化hua後hou大da致zhi相xiang同tong的de形xing狀zhuang。
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)。
2026-04-11 11:48:29
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