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讓豐田本田都頭疼的氫氣密封,究竟有多難?

2022-03-15 來源:氫能源燃料電池電動(dòng)汽車 瀏覽數(shù):593

燃料電池電堆是由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。單體電池電極連接時(shí),必須要有嚴(yán)格的密封,密封不良會(huì)導(dǎo)致氫氣泄露,降低氫的使用率,影響燃料電池的效率,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池?zé)o法工作,影響電池壽命。

        燃料電池電堆是由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。單體電池電極連接時(shí),必須要有嚴(yán)格的密封,密封不良會(huì)導(dǎo)致氫氣泄露,降低氫的使用率,影響燃料電池的效率,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池?zé)o法工作,影響電池壽命。由于高壓高功率密度燃料電池具有產(chǎn)氣壓力大的特點(diǎn),因此對(duì)氣體密封的要求更為嚴(yán)格。

讓豐田本田都頭疼的氫氣密封,究竟有多難?

燃料電池對(duì)密封材料的要求如下: (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并保持電池內(nèi)部的酸性;(3)酸性:電池發(fā)電時(shí),通常處于低pH環(huán)境;(4)耐濕性:因?yàn)楦叻肿幽ぴ诠ぷ鲿r(shí)電池內(nèi)部處于飽和水蒸氣狀態(tài);(5)耐熱性:由燃料電池的工作環(huán)境決定的;(6)低離子溶出量:為了保持高分子膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率并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:為了吸振抗沖擊。

根據(jù)材料的形式,密封墊圈可以被分為2類:固態(tài)和液態(tài)墊圈

固態(tài)墊圈

讓豐田本田都頭疼的氫氣密封,究竟有多難?

采用固態(tài)墊圈,是基于墊圈自身受壓反彈的特點(diǎn)而密封,其回彈性是固態(tài)墊圈的一個(gè)重要指標(biāo)。這種固態(tài)墊圈的最大缺點(diǎn)是墊圈和被粘接表面之間不易密合,因此泄漏主要來自于界面。其優(yōu)點(diǎn)是:能方便的去除及能得到相對(duì)較厚的墊圈,因此能夠提供較好的隔音性和抗震性。固態(tài)墊圈材料主要包括硅橡膠和氟橡膠

液態(tài)密封膠

液態(tài)密封膠因其具有流動(dòng)性可以流人到非常復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)中,而且密封性好,不容易產(chǎn)生界面泄漏。

讓豐田本田都頭疼的氫氣密封,究竟有多難?

本田公司使用液體密封膠將薄板沖壓成形工藝(press-forming)、樹脂成型工藝(resin molding)和橡膠成型工藝(rubber molding)集成為一個(gè)工藝,生產(chǎn)成本大大降低,利于產(chǎn)業(yè)化。本田通過將電池下底較寬的梯形截面形狀密封圈改成矩形截面形狀,密封圈的寬度變小,電堆體積減少了約3 L左右。此外,樹脂和密封圈包裹雙極板有助于保持和外界隔離,消除了為防水和保持電堆箱體隔離的附加措施。

讓豐田本田都頭疼的氫氣密封,究竟有多難?

對(duì)于燃料電池來說,密封設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮眾多因素,因?yàn)橐粔K燃料電池通常是由數(shù)十到數(shù)百個(gè)這樣的小電池單元連接而成,一個(gè)電池單元極微小的誤差可能會(huì)導(dǎo)致電池組件出現(xiàn)很大的偏差。探索最優(yōu)的密封結(jié)構(gòu),找到最可靠的電堆密封解決方案,對(duì)于國內(nèi)廠商來說依舊是重中之重。

閱讀上文 >> 中美主流高壓氫氣、液氫、水電解制氫、加氫站建設(shè)成本分析
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