作为氢燃料电池汽车的“心脏”,电堆的长期稳定性和使用寿命至关重要,要想整个电堆系统在密闭环境中实现长久有效的运行,就需要构建良好的密封性,这离不开高质量密封胶的应用。
如果氢燃料电池密封不良,就会导致氢气泄露,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,从而影响电池寿命。
一、氢燃料电池密封胶性能要求
氢燃料电池密封胶主要用于双极板和膜电极之间,以及极板和极板之间。它需要具备以下性能:
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高气密性:为了密封氢气和氧气,尤其是氢气,作为一种无色、无味、易燃易爆的小分子气体,即使一个很小的缝隙,氢气也非常容易导致泄漏;
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低透湿性:质子交换膜通常采用带磺酸基的氟树脂,比如Nafion膜,这种聚合物膜只有在吸水后才会具备质子导电功能,因此要将反应气体加湿以保持膜的质子导电性;
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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;
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低离子析出量: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;
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橡胶弹性:汽车经常处于各种运动状态中,具备弹性是为了吸振抗冲击。
二、氢燃料电池密封胶种类
目前氢燃料电池电堆气场的密封胶种类主要有 有机硅橡胶、聚烯烃、环氧树脂等,其中有机硅密封胶较为常用。
有机硅密封胶:具有优异的热稳定性和耐低温性,同时具有良好的电绝缘性、橡胶弹性、低压缩变形及耐酸性和耐溶剂性。它又可分为单组份有机硅体系密封胶及双组份有机硅体系密封胶。
聚烯烃密封胶:常见是聚异丁烯聚合物,又叫丁基橡胶,在加热状态下,可发生硅氢加成反应而固化交联。聚异丁烯具有碳碳饱和键的主链结构,和硅酮的硅氧链结构相比,碳碳分子链具有较短的分子间距离和较小的自由体积。具有柔软性的同时,它能提供更高的气体防漏性能和更低的透湿性能,丁基橡胶在所有已知橡胶中是透气性最低的。
环氧树脂密封胶:以环氧树脂为基体的密封胶,具有优良的密封性,兼具较高的胶接强度。
三、氢燃料电池密封胶应用工艺
氢燃料电池密封胶的应用工艺主要有点胶、丝印、一体化注塑等等。
点胶工艺是目前的主流,它分为两种,分别是CIPG(cured in place gasket)涂敷在密封面使其硬化后再进行装配,以及FIPG(formed in palce gasket)涂敷在密封面上,未硬化时进行装配。
丝印工艺的优点是可以做得很薄,液体硅橡胶将膜电极和双极板一体化注塑则是能提高生产效率。
四、氢燃料电池密封胶主要供应商
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瓦克化学
瓦克化学(Wacker Chemicals)是一家全球性的化学品公司,总部位于德国慕尼黑。其主要业务是研发生产销售有机硅、聚合物、生物科技、多晶硅和超纯硅片。
网站:https://www.wacker.com
在氢燃料电池应用中,瓦克ELASTOSIL® RT 624 “4S”可应对氢燃料电池对电堆密封性能和生产效率的严苛要求。该产品为双组份加成型有机硅橡胶,除具备有机硅的特征外,该产品无任何增塑剂,固化后呈惰性,离子含量低,运行过程中对膜电极上的铂金催化剂没有任何影响,具有低压缩永久形变、中温快速固化、低粘度、高触变等特性。
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三键化工(上海)有限公司
作为胶粘剂行业的旗舰企业,三键集团自1997年进入中国市场以来,一直专注服务于包括汽车制造、电子电器、民用建筑以及高端科技等行业的中外制造企业,生产制造研发产品涵盖有机硅胶、环氧、厌氧、UV、瞬干胶、导电胶等多个系列200多种产品。
网站:http://www.threebond.com.cn
三键化工的ThreeBond1153E是单组分加热固化型的烯烃系密封胶,其固化物柔软且气密性、耐药性优异,可用于燃料电池等的气体密封。
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美国赫能
赫能制造(Hernon)是闻名于世的高性能胶黏剂、密封剂、涂覆材料和高精度点胶设备的改革者。它的产品超过5000多种,为邦定、密封、涂覆、点胶和UV固化需求提供完整的解决方案。
网站:https://www.hernon.com
Tuffbond 394 是一种单组分、耐高温、热活化环氧树脂。它固化为高性能热固性体系,对各种基材具有出色的附着力。Tuffbond 394 固化后会从琥珀黄色变为红褐色。这种应用通常使用双组分环氧树脂,但混合比、固化速度、设备中潜在的固化以及对设备冲洗溶剂的需求等限制使 Tuffbond 394 更加实用。
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惠州市杜科新材料有限公司
惠州市杜科新材料有限公司是一家专家级高新技术企业,专业从事高端电子胶粘剂及氢能源领域燃料电池用胶及复合双极板基料等新材料研发、生产及市场推广。
网站:http://www.docbondchina.com
杜科新材料在燃料电池胶粘剂方面已经开发出了双极板用石墨微孔堵漏胶、双极板用气路粘接密封胶、双极板组装用粘接密封胶等三款产品,这三款燃料电池胶粘剂都已经实现批量供货。杜科已经与国内20多家双极板和电堆厂商开展合作,并且向多家公司批量供应燃料电池用密封胶产品。
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广东恒大新材料科技有限公司
广东恒大新材料科技有限公司是经认定的国家高新技术企业,是国内胶粘剂与密封胶领域具有较大规模和影响力的科技型民营企业。
目前广东恒大新材料科技有限公司在氢燃料电池用密封胶领域主要开发的是有机硅体系密封胶,这种硅胶具有优异的热稳定性和耐高低温性,同时具有良好的电绝缘性、橡胶弹性、低压缩形变及耐酸性和耐溶剂性,能为氢燃料电池在长期使用过程中提供良好的密封可靠性。
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苏州毫邦新材料有限公司
上海毫邦高分子材料有限公司,其主要经营胶粘剂,燃料电池用防冻液,去离子树脂等产品。目前上海毫邦胶水年产能达300吨,已经和主流燃料电池产业链企业产生广泛合作。
公司用于燃料电池领域的产品品类多样化:用于双极板水场粘接的产品有环氧和有机硅,气场粘接的产品有UV聚烯烃、有机硅、三元乙丙橡胶;用于膨胀石墨板的产品有浸渍液;用于MEA边框注塑的有机硅;用于GDL和CCM的有UV压敏胶;用于巡检排线的有导电胶。其中部分产品属于国内首创,技术应用处于领先位置。
以上就是关于氢燃料电池密封胶及主要供应商的介绍,欢迎双极板生产企业以及胶水,点胶机,自动化企业加入艾邦氢燃料电池产业微信群。
原文始发于微信公众号(艾邦氢科技网):氢燃料电池密封胶及主要供应商介绍