氫燃料電池電堆的密封方式對(duì)封裝力影響

       氫燃料電池電堆都是由成百片的單電池串聯(lián)起來(lái)，再用綁帶或螺栓將電堆緊固。對(duì)電堆緊固施加力叫封裝力。每個(gè)單電池都是由雙極板和膜電極組成，膜電極與雙極板之間采用密封膠密封起來(lái)，分隔成獨(dú)立不同的腔室，保證每個(gè)腔室不泄漏。密封區(qū)域的密封壓力達(dá)不到要求，容易發(fā)生反應(yīng)氣體泄漏，并且會(huì)導(dǎo)致接觸面電阻大，導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作；但封裝力過(guò)大時(shí)，會(huì)嚴(yán)重壓縮由多孔材料制成的氣體擴(kuò)散層，使孔隙度和氣體滲透率迅速下降，導(dǎo)致電堆的性能或效率嚴(yán)重下降。過(guò)大的封裝力還會(huì)使內(nèi)部各部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)力上升，產(chǎn)生塑性變形甚至直接被壓潰。密封是電堆設(shè)計(jì)、組裝最重要課題之一。

一、目前電堆密封有多種工藝路徑，下面介紹密封幾種方式:

        1、雙極板采用點(diǎn)膠模式，膠水點(diǎn)雙極板上。點(diǎn)膠工藝簡(jiǎn)單、靈活，但點(diǎn)膠精度難控制，且點(diǎn)膠截面成半圓弧，接觸面小，接觸應(yīng)力不均勻。

        2、雙極板采用膠圈密封，膠圈粘在雙極板上。密封截面根據(jù)需要設(shè)計(jì)，接觸面大，密封性好。但貼膠圈工藝有一定技術(shù)難度。

        3、雙極板采用注膠密封，直接在雙極板上注膠。采用液態(tài)硅注膠，一次兩模，密封膠線精度高，接觸面大，但注膠工藝復(fù)雜。

        4、在膜電極采用注膠密封，直接在膜電極上注膠。采用液態(tài)硅注膠，一次兩模，密封膠線精度高，但注膠工藝復(fù)雜，因膜電極成本高，提高注膠成品率。

二、密封工藝對(duì)比：

三、封裝力與以下因素有關(guān)

        1、電堆結(jié)構(gòu)及極板的尺寸有關(guān)，施加到電堆單位面積的壓力。單位面積壓力要均勻，最大不超過(guò)10%。

        2、與密封材料性能和密封截面有關(guān)。

        3、與GDL的壓縮率有關(guān)，這決定了接觸電阻的大小。

        雖然封裝力與以上因素有關(guān)，但必須綜合考慮以上因素，合理選擇密封方式，保證在密封可靠的情況下，接觸電阻小，電堆性能穩(wěn)定，壓裝力最優(yōu)。

        點(diǎn)膠面是弧形，接觸面小，密封膠密封后，接觸點(diǎn)中心接觸應(yīng)力大；且因接觸面小，壓力不能太大，否則密封圈會(huì)產(chǎn)生塑性變形。

        采用膠圈（或注膠）密封，因膠圈接觸面是平面，接觸面比較大，需要壓力也偏大。極板注膠與膠圈密封圈接觸截面一樣，接觸面大，該結(jié)構(gòu)接觸面積大，密封效果好。

四、燃料電池內(nèi)部壓緊力測(cè)試

        1、通過(guò)壓敏顯影進(jìn)行定性測(cè)量，測(cè)量密封線和流道壓痕。

        2、在線矩陣壓力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓緊力變化測(cè)試。進(jìn)行定性測(cè)試。

五、小結(jié)

        電池間面壓密封是利用橡膠彈性和表面接觸應(yīng)力來(lái)保證密封。在設(shè)計(jì)電堆時(shí)，根據(jù)工藝路徑合理選擇密封材料、密封方式，建立電堆密封接觸模型與封裝力的規(guī)律，保證電堆性能穩(wěn)定最優(yōu)化。因金屬板變形，金屬板的封裝力一般大于石墨板電堆的封裝力！