[發(fā)明專利]一種密封材料及其制備方法和應(yīng)用、以及燃料電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010929014.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112225999B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)春紅;楊其良;王海峰;王利生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江鋒源氫能科技有限公司;鋒源新創(chuàng)科技（北京）有限公司
• 主分類號(hào): C08L23/16
• 分類號(hào): C08L23/16;C08K13/02;C08K3/04;C08K5/14;B29C35/08;H01M8/0284
• 代理公司: 北京煦潤(rùn)律師事務(wù)所 11522
• 代理人: 柴明英;梁永芳

本發(fā)明是關(guān)于一種密封材料及其制備方法和應(yīng)用、以及燃料電池。主要采用的技術(shù)方案為：一種密封材料，以重量份數(shù)計(jì)，其制備原料包括如下組分：95?105重量份，優(yōu)選100重量份的EPDM生膠、20?160重量份的補(bǔ)強(qiáng)炭黑、5?50重量份的增塑劑、1?6重量份的脫模劑、0.2?12重量份的過(guò)氧化物硫化劑、0.2?6重量份的促進(jìn)劑、0.5?8重量份的防老化劑。其中，促進(jìn)劑選用PDM、TAIC、TAC中的一種或幾種；防老化劑選用酚類、咪唑類、蠟類中的一種或幾種。密封材料在制備時(shí)采用微波硫化工藝，加熱迅速，大大縮短了硫化時(shí)間，且加熱均勻性好，硫化質(zhì)量較高，大大提高密封材料的抗撕裂強(qiáng)度。本發(fā)明主要用于提供一種不會(huì)污染燃料電池的膜電極、不會(huì)導(dǎo)致燃料電池的鉑催化劑中毒、撕裂強(qiáng)度較好的密封材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種密封材料及其制備方法和應(yīng)用、以及燃料電池。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它具有能量轉(zhuǎn)化效率高、清潔無(wú)污染、常溫下可運(yùn)行、工作噪聲低、可靠性和維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是最有前途的新能源，廣泛用于汽車、火車、船舶、潛水器、飛行器等的動(dòng)力電源以及電力、通信、數(shù)據(jù)中心、公共設(shè)施等的備用電源。

質(zhì)子交換膜燃料電池單體是由膜電極組件、雙極板和密封件構(gòu)成。其中膜電極組件是由氣體擴(kuò)散層、含有鉑的陰陽(yáng)極催化層和質(zhì)子交換膜組成。質(zhì)子交換膜一般使用吸水后能質(zhì)子導(dǎo)電的帶磺酸基的氟樹(shù)脂高分子膜。燃料電池一般在70-80℃下工作，此時(shí)磺酸基的PH為1-2，屬?gòu)?qiáng)酸環(huán)境。

為了保證燃料電池的長(zhǎng)期正常工作，要求質(zhì)子交換膜燃料電池的密封材料具有以下特性：(1)高氣密性：密封燃料氣體和氧化劑氣體；(2)低透濕性：讓高分子膜處于飽和水蒸氣狀態(tài)下工作并保持內(nèi)部的酸性；(3)耐酸性：燃料電池發(fā)電時(shí)，通常處于低pH的強(qiáng)酸性環(huán)境；(4)耐濕性：電池工作時(shí)內(nèi)部是飽和水蒸氣狀態(tài)；(5)耐熱性：高分子膜工作環(huán)境決定的；(6)低離子溶出性：溶出的離子會(huì)影響高分子膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性，有的還會(huì)導(dǎo)致鉑催化劑中毒；(7)電絕緣性：防止單電池間的短路；(8)橡膠彈性：吸收振動(dòng)和抗沖擊；(9)化學(xué)穩(wěn)定性：對(duì)冷卻液的化學(xué)穩(wěn)定性、各種燃料的化學(xué)穩(wěn)定性。

現(xiàn)有技術(shù)主要采用三元乙丙橡膠作為質(zhì)子交換膜燃料電池的密封材料。三元乙丙橡膠因其主鏈?zhǔn)怯苫瘜W(xué)穩(wěn)定的飽和烴組成，耐臭氧、耐熱、耐候等耐老化性能優(yōu)異，具有良好的耐化學(xué)品、電絕緣性能、沖擊彈性、低溫性能、低密度和高填充性、耐熱水性和耐水蒸氣性、低壓縮永久變形、高強(qiáng)度和高伸長(zhǎng)率等。因此，三元乙丙橡膠十分適合用做質(zhì)子交換膜燃料電池的密封材料。

但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用現(xiàn)有的三元乙丙橡膠作為質(zhì)子交換膜燃料電池的密封材料，至少會(huì)存在如下問(wèn)題：

(1)現(xiàn)有的三元乙丙橡膠中含有氧化鋅、碳酸鈣等，這樣密封材料在強(qiáng)酸性的環(huán)境下容易溶出鋅離子、鈣離子，從而會(huì)污染燃料電池的膜電極，導(dǎo)致膜電極性能的下降；

(2)現(xiàn)有的三元乙丙橡膠中含有的硫磺或者可分解成為硫磺的硫化劑，在強(qiáng)酸性環(huán)境下產(chǎn)生硫化氫會(huì)導(dǎo)致燃料電池的鉑催化劑中毒；

(3)現(xiàn)有的由過(guò)氧化物硫化劑制備的三元乙丙橡膠，存在撕裂強(qiáng)度性能差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種密封材料及其制備方法和應(yīng)用、以及燃料電池，主要目的在于提供一種不會(huì)污染燃料電池的膜電極、及不會(huì)導(dǎo)致燃料電池的鉑催化劑中毒的密封材料。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種密封材料，其中，以重量份數(shù)計(jì)，所述密封材料的原料包括如下組分：

EPDM生膠：95-105重量份，優(yōu)選100重量份；

補(bǔ)強(qiáng)炭黑：20-160重量份；

增塑劑：5-50重量份；