在氫燃料電池應用中,瓦克ELASTOSIL? RT 624 “4S”可應對氫燃料電池對電堆密封性能和生產效率的嚴苛要求。該產品為雙組份加成型有機硅橡膠,除具備有機硅的特征外,該產品無任何增塑劑,固化后呈惰性,離子含量低,運行過程中對膜電極上的鉑金催化劑沒有任何影響。
瓦克有機硅可用于氫燃料電池電堆系統中的密封件。
瓦克化學氫燃料電池電堆ELASTOSIL?RT624"4S"有機硅密封解決方案
隨著燃料電池汽車量產化的加速進程,傳統的手工貼合已經無法滿足批量化生產的高效要求,同時燃料電池電堆密封精度的嚴苛要求對于手工安裝來講是個極大的挑戰,因此一體化成型解決方案通過自動化生產實現高效率和高精度質量的必然趨勢。
燃料電池電堆
電堆作為氫燃料電池汽車的"心臟",由成百片的電池單元以串聯方式層疊組合成的一個整體結構。無論是雙極板,膜電極MEA(membraneelectrodeassembly),還是雙極板上的流道設計,都是電堆達到"功能性"先決條件。然而雙極板和膜電極之間,極板和極板之間都需要選用密封材料,使整個電堆系統在密閉環境中實現有效的運行,為長期穩定的壽命提供可靠的保障。
電堆單元示意圖?
針對氫燃料電池電堆,全球第二大有機硅制造商瓦克化學推出了ELASTOSIL?RT624"4S"密封解決方案。該產品為雙組份加成型有機硅橡膠,不含增塑劑,固化后呈惰性,離子含量低,運行過程中對膜電極上的鉑金催化劑沒有任何影響。由于硅膠玻璃化轉變溫度低,其在-40℃下仍具有優異的彈性,可為燃料電池車(FCV)電堆在低溫啟動時提供完好的密封系統環境。ELASTOSIL?RT624"4S"的主要特性包括:
1? 低壓縮永久形變
壓縮永久形變是評估密封圈密封能力和密封壽命的關鍵指標,一般密封圈材料的壓縮永久形變(CS)在10%-30%較為常見。但對于FCV電堆,不僅需要密封小分子氫氣,同時還要對氧氣和酸性電解液也要有良好的密封耐久性,ELASTOSIL?RT624"4S"的CS小于5%,能為電堆系統長期提供穩定持久的密封保證。
Dispensing of ELASTOSIL? RT 624 "4S" onto a bipolar plate.
2? 中溫快速固化
該特性專門為"一體化"成型(硅膠直接注塑在MEA膜電極上)解決方案而設計的。眾所周知,MEA單元不耐高溫,超過120℃會嚴重影響膜電極的性能。傳統的高溫硅橡膠或合成橡膠材料固化溫度都是在150℃以上,膜電極是無法忍受該高溫成型工藝的,所以傳統材料無法做到一體化成型,也就無法實現自動化生產。而ELASTOSIL?RT624"4S"的起始硫化溫度為100℃,在110℃即可快速固化,有經驗顯示30-40s即可完成一體化單元的成型。
硅膠和MEA膜電極一體成型示意圖??
3? 低粘度,高觸變
ELASTOSIL?RT624"4S"在D=0.51/s時粘度僅有50000mPa.s,而傳統的高溫硅橡膠的粘度在幾十萬甚至上百萬,相比之下ELASTOSIL?RT624"4S"的粘度更低;當D=251/s時粘度僅為30000mPa.s,說明該產品在較低壓力下即有很好的流動性。在同等條件下比較,其注塑壓力遠低于高溫膠,甚至不到其十分之一。
ELASTOSIL?RT624"4S"和常用高溫硅橡膠粘度對比曲線
對于強度較低的石墨雙極板,采用人工安裝和固定密封圈,高度偏差和位移等問題出現的概率升高。上百層的結構單元疊加之后產生的應力會被放大,整體鎖緊后石墨板的受力不均勻,再加上后續運行時震動影響,很容易導致局部極板損壞,進而造成整個系統密封失效。這樣不僅存在安全隱患,而且成本也會上升。而一體化成型可以避免密封圈安裝的誤差,從"精度"和"質量"上給FCV電堆加上"雙保險"。
低壓注塑原位成型密封圈示意圖
對于厚度很薄且布滿復雜水道設計結構的金屬板來講,ELASTOSIL?RT624"4S"的"低壓"注塑工藝,規避了高壓注塑力對金屬雙極板流道尤其是流道口位置的損壞變形。另外,該方式可替代傳統的整體粘結模式,實現單個單元的可拆卸和返修,操作靈活的同時極大地降低因整體失效而造成的高成本,這無疑是終端客戶非常經濟的選擇。
德國瓦克ELASTOSIL?RT 624可通過低壓注塑的方式直接將密封圈成型在雙極板或MEA(membraneelectrode assembly),規避了傳統注塑的高壓力對碳板材質的損傷,同時,固化溫度的降低也大大降低了對膜電極的影響。
瓦克化學推出一系列加成型有機硅產品,用于燃料電堆密封設計,在壓縮密封應用中,有機硅產品硬度范圍適中,低壓縮永久變形特性,確保有機硅密封圈在壓縮狀態下具有優異的密封能力,并且在苛刻的工作環境下,有機硅能保持長期有效的彈性,為燃料電堆密封的壽命打下了堅實的基礎。
Fuel Cells
Silicones can be used to seal fuel-cell components (bipolar plates or MEA / membrane electrode assemblies), either as part of the fuel cell or as prefabricated gaskets inserted during stacking. Our silicones make fuel-cell power units more reliable and extend their life and performance.
Benefits of Silicone Gaskets:
- Chemically inert, i.e. their properties remain stable in a fuel-cell set-up and during operation, and do not negatively affect the fuel-cell performance
- Excellent compression set, ensuring gas and coolant tightness and securing the fuel cell against leakage over its full lifetime
- Excellent thermal and degradation resistance
Applications:
- Sealing bipolar plates (BPP)/membrane electrode assembly (MEA): dispensing/screen printing/injection molding
- Sealing of housing and auxiliary units
- Potting and bonding of sensor applications
- Potting of control electronics
Processing:
- Injection molding
- Low-pressure injection molding
- Screen printing
- Dispensing
- Potting
- Sealing
燃料電池
有機硅可用于密封燃料電池組件(雙極板或 MEA/膜電極組件),既可以作為燃料電池的一部分,也可以作為在堆疊過程中插入的預制墊片。我們的有機硅使燃料電池動力裝置更加可靠,并延長了它們的壽命和性能。
硅膠墊片的好處:
- 化學惰性,即它們的特性在燃料電池設置和運行期間保持穩定,并且不會對燃料電池性能產生負面影響
- 出色的壓縮形變,確保氣體和冷卻劑的密封性,并確保燃料電池在其整個生命周期內不會泄漏
- 優異的耐熱性和耐降解性
應用:
- 密封雙極板(BPP)/膜電極組件(MEA):點膠/絲印/注塑
- 外殼和輔助單元的密封
- 傳感器應用的灌封和粘合
- 控制電子元件的灌封
加工:
- 注塑成型
- 低壓注塑
- 絲網印刷
- 點膠
- 灌封
- 密封
https://www.gg-fc.com/art-42089.html
https://www.viscotec.de/en/sealing-of-bipolar-plates-for-fuel-cells/