[發(fā)明專利]用于燃料電池的墊圈

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410426302.5
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104744827A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發(fā)明（設計）人: 鄭炳憲;洪普基;羅昌運;柳龍煥
• 申請（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動車株式會社;全北大學校產(chǎn)學協(xié)力團
• 主分類號: C08L23/16
• 分類號: C08L23/16;C08K13/02;C08K5/14;C08K3/04;H01M8/02
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;張英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于燃料電池堆的墊圈，其具有優(yōu)異的耐寒性和高耐壓縮應變性。更具體的，本發(fā)明涉及用于燃料電池的墊圈，其具有低壓縮變形并且不含有雜質(zhì)如金屬離子。

背景技術(shù)

燃料電池堆通常通過重復組裝幾百個單元電池制成。這些單元電池中的每個都配備有橡膠墊圈以密封在電池反應氣體和冷卻水內(nèi)。此外，由于幾百個單元電池在預定的壓縮載荷下堆疊，每個橡膠墊圈在壓縮狀態(tài)下放置8萬小時，超過例如10年保修的期限。另外，燃料電池堆通常在溫度、壓力和相對濕度等多種條件下運行。最重要的是，燃料電池堆在使用期間密封很重要。

由于這個目的，用于燃料電池堆的橡膠墊圈必須保持高彈性且必須具有非常高的耐壓縮變形性。通常將氟彈性體、硅酮彈性體和烴類彈性體用作用于燃料電池堆的墊圈。以下描述了它們各自的優(yōu)點和缺點。

通常，已經(jīng)將具有如耐熱性、耐酸性、彈性等優(yōu)異物理性質(zhì)并且具有最高可靠性的氟彈性體用作用于燃料電池的墊圈。然而，就墊圈的大量生產(chǎn)而言，氟彈性體是有問題的，因為其具有低注塑性和耐寒性并且昂貴。此外，即使當氟彈性體與過氧化物交聯(lián)時，它們甚至能夠在-30℃或更低的低溫下使用，但是當幾百個墊圈不得不潛在地被這些超高價格的氟彈性體替換時，汽車公司存在沉重的經(jīng)濟負擔。

有機硅彈性體分為如聚二甲基硅氧烷等的普通硅橡膠和如氟硅氧烷等的改性的硅橡膠。可以使用固體硅橡膠，但液體硅橡膠對于精確的注射模制是有優(yōu)勢的，因此更常用。然而，盡管液體硅橡膠有利地表現(xiàn)出優(yōu)異的注射模制性，但是硅橡膠可能作為雜質(zhì)被洗脫掉，從而可能使鉑催化劑中毒，從而降低燃料電池的性能。因此，它們不適合用于燃料電池。

經(jīng)常將乙烯-丙烯雙烯單體(EPDM)橡膠、乙烯-丙烯橡膠(EPR)，異戊二烯橡膠(IR)，異丁烯異戊二烯橡膠(IIR)等用作烴彈性體。這些烴彈性體甚至在-40℃或更低的低溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的氣密性并且比上述的材料便宜的多。然而，由于它們不充分的耐熱性，而不能在120℃或更高的高溫下容易地使用它們。另外，如彈性、抗氧化性等的物理性質(zhì)在高溫下極大地降低。

例如，將EPDM橡膠樣品添加至用于模擬嚴格的燃料電池操作條件的溶液(1M?H₂SO₄+10ppm?HF)中，然后在80℃下儲存6周。之后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)分析樣品的表面形狀和組分。結(jié)果，鋅(Zn)組分(其為金屬組分)殘留在樣品的表面上。當在用于燃料電池堆的墊圈中使用含金屬離子組分的這種添加劑或操作油時，該墊圈隨燃料電池汽車英里數(shù)的增加而變差。結(jié)果，該墊圈的彈性可降低。另外，從墊圈洗脫的金屬離子(雜質(zhì))能夠污染燃料電池堆的組件之一的膜電極組件(MEA)，因此使燃料電池的性能變差。此外，其還降低燃料電池堆的壽命，因此不能將現(xiàn)在常規(guī)的EPDM橡膠應用于用于燃料電池的墊圈。

應理解，提供上述描述僅旨在幫助理解本發(fā)明，并不意指本發(fā)明落在本領(lǐng)域中技術(shù)人員已經(jīng)已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，已設計本發(fā)明以解決上述問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供用于燃料電池的墊圈，該墊圈具有低壓縮變形并且不含有包含金屬離子的雜質(zhì)。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的一個方面提供一種用于燃料電池的墊圈，包含：分別和100phr的EPDM相比，1～5phr(每百份橡膠的份數(shù))的過氧化物交聯(lián)劑；0.1～1phr的共交聯(lián)劑；0.1～1phr的抗氧化劑；和1～10phr的炭黑，其中，EPDM橡膠包含50～60wt.％的乙烯和4～10wt.％的雙烯單體。

過氧化物交聯(lián)劑可包含選自以下中的至少一種：二枯基過氧化物、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧)己烷、二-(2-叔丁基過氧異丙基)苯、二-(2，4-二氯苯甲酰基)過氧化物、二(4-甲基苯甲酰基)過氧化物、叔丁基過氧苯甲酸酯、二苯甲酰基過氧化物、1，1-二(叔丁基過氧)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷、叔丁基枯基過氧化物、和二叔丁基過氧化物。

用于燃料電池的墊圈也可具有基于ASTM?D2240的40～70的肖氏A硬度值，并且可施加基于ASTM?D395(方法B，25％撓度，72小時@100℃)的10％或更低的壓縮變形。

另外，用于燃料電池的墊圈鄰接(abut)膜電極組件(MEA)、氣體擴散層(GDL)、隔板、氫氣供給單元、空氣供給單元或熱控制單元。

附圖說明

本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)勢將通過以下結(jié)合附圖的詳細描述更清楚地理解，其中：