
燃料電池的氣體密封性通常會出現泄漏檢測困難,密封材料老化導致氣體泄漏等問題,這些問題會對氫燃料電池使用壽命/性能產生影響,造成安全事故,因此做好零部件的氣體密封是燃料電池生產中的重要一環。
氣密性能對氫燃料電池的重要性
來源:世椿新能源
由于氫氣的可燃性,在濃度過高時甚至會引發爆炸,因此必須對燃料電池進行可靠的密封操作。燃料電池需要進行密封處理的部位有雙極板和膜電極之間、極板和極板之間,包含石墨雙極板微孔填充、石墨雙極板及復合雙極板水路粘接、雙極板氣路密封、MEA邊框粘接、電堆外殼密封膠等。
燃料電池的密封膠需要耐受燃料電池內部濕熱、酸性的工作環境,還需要有高氣密性、低透濕性來防止氫氣和水蒸氣的泄漏。在車用燃料電池和移動式設備上,還需要考慮密封膠的彈性能夠抵抗工作環境中的震動和沖擊。
市場上應用的燃料電池密封膠包括有機硅橡膠、聚烯烴、環氧樹脂等材料,其中有機硅密封膠較為常用,具有良好的電絕緣性、低壓縮變形和耐熱、耐低溫性,在材料特性上能夠契合燃料電池工作環境的需求。
燃料電池對密封性有高要求,氣體密封的工藝優化也非常必要。當前燃料電池的主要密封工藝有貼密封膠條、點膠固化成型密封膠條、注膠成型密封膠條三種。
貼密封膠條作為只需要人工操作的第一代密封工藝,因為高度的靈活性,一直沿用至今。缺點是由于預制成形的密封膠條存在公差,人為操作無法達到設備可以完成的精度和工藝一致性。
點膠固化成型技術實現了使用機器設備進行操作,將密封膠用點膠方式進行一體化成型,膠水固化后變成密封膠條。機器化生產在工藝的精度和一致性上相比上一代工藝得到了很大提升。設備使用的膠水種類能夠很快更換,更適合多品種、小批量的生產場景,固化時間短,效率很高。
膠水固化時間的長短也和膠水本身的配方有關,固化時間的縮短同樣會提高輸出效率。廣州國機密封科技有限公司改良了燃料電池密封點膠固化系統所使用的原材料,采用特殊官能團改性聚硅氧烷,具備長期密封性,可以實現快速固化,把單模穴的生產效率縮短到了一分鐘之內。
相比較之前兩個版本的工藝,注膠成型工藝在成型精度、生產效率和材料的綜合成本上進行了很大的優化。注膠工藝在流程上有所縮短,原料價格更低,成型精度可以做到小于0.02mm,低于點膠成型固化膠條能做到的0.03mm。
注膠成型密封技術優勢
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為了進一步優化密封工藝,行業內正在開發能夠幫助氫燃料電池實現降本增效的注膠成型工藝的注膠方式,包括注射方式、壓注方式。
世椿新能源技術有限公司已經研發出一體化的燃料電池密封技術,生產的精密注膠機設備相比傳統注膠機精度提升了50%。注膠成型密封技術應用場景包括金屬板氣場、膜電極、膜電極邊框密封膠條一體化注膠成型,注膠材料包括液態硅膠、氟橡膠等。
氫能精密注膠機
來源:世椿新能源
世椿新能源總經理蔡奇志曾表示,注膠成型工藝注膠成型工藝有助于氫燃料電池提高質量、效率及降本,但目前還存在一些待攻克的難題,需要產業鏈企業共同努力。
目前所使用的密封膠材料基本依靠進口,是產業鏈條中尚未實現國產替代的環節之一。在燃料電池大幅降本的前夜,下游的用戶需求也許可以倒逼上游供應商進行材料開發和工藝的革新,實現國產化替代。
部分資料來源:世椿新能源技術有限公司
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