官方微信
【原创】高性能燃料电池密封的实现路径
国机密封 文章来源自:高工氢电网
2022-06-01 09:11:16 阅读:12038
摘要国机密封氢能密封发展事业部总经理王泉发表了“高性能密封系统推动燃料电池新发展”的主题演讲。
“不管这个行业面临怎样的困难,存在怎样的痛点,我们都应该用积极乐观的态度去面对它。” 广州国机密封科技有限公司(下称“国机密封”)氢能密封发展事业部总经理王泉表示。


国机密封 王泉.jpg
 
在2022(第四届)高工氢电产业峰会(华南站)上,国机密封氢能密封发展事业部总经理王泉发表了“高性能密封系统推动燃料电池新发展”的主题演讲。王泉从行业发展背景及现状、密封系统设计与应用、密封系统可靠性论证等方面作了深入分析,做好密封才能更好地推动燃料电池良好发展。
 

燃料电池密封的痛点和难点


“密封的研究是一个系统性的课题,需要做共性技术和应用技术两大方面的研究,其中包括了许多交叉性的学科。“王泉表示,密封研究包括注入橡塑密封可靠性设计,橡塑密封仿真设计技术,橡塑密封材料开发与摩擦学研究,高端橡塑密封产品研发与工艺研究,密封摩擦学研究与应用,内容非常丰富。
 
密封材料的好和坏直接影响到燃料电池的发电效率和寿命,是保障电堆稳健运行的一个核心零部件。燃料电池电堆从30kW发展到200kW,电极从100片增长到400片,它在密封的工艺实现上,不是一个简单的数字的叠加,它是成倍级数的一个增长。在超过800个密封面布置了超1500米的密封线,一个密封材料的失效可能整个密封系统的失效。因此要做好密封并不容易。
 
那么在燃料电池的密封环节主要面临哪些痛点呢?王泉根据目前行业发展的实际情况总结了四大痛点:其一是协同发展的不均衡,由于整个产业链发展并不均衡,氢能端跟应用端难以适配;其二是随着整个行业的规模化和市场化的进程,燃料电池密封的质量、装配效率必须要提高上来;其三是认证措施不足,缺乏响应的标准,在燃料电池密封环节,国内企业都是摸着石头过河,也还缺少产品质量把控的措施和系统的认证措施;其三是终端对密封的诉求,体积功率和对寿命的高要求,将电池的密封质量和装备效率提高到一个非常至关重要的位置。
 
王泉还用实例作出了说明:胶条与质子交换膜发生了牢固粘贴,在反复拆的过程中可能会造成质子交换膜的破损,造成不必要的巨大浪费,因此,好的产品必须要科学的设计和应用。
 
“一个好的产品必须要经历长期的应用验证,包括长期的沉淀积累。”王泉表示,以国机密封的热固化硅胶和浸渗补强剂为例,作为食品级是不允许小分子析出的,在长达上万小时不断涌高低温的变动中还要保障它的气密性,长期产品的应用和积累为公司氢能领域应用设计的“氢封”系列产品,近期算是正式走向市场。
 
如何做好燃料电池密封产品的设计,王泉介绍了国机密封的三点经验。
 
首先是低分子的析出,改变气体扩散层亲疏水的特性。国机密封针对低分子的析出进行了聚硅氧烷分子结构改性及抑制侧链降解;其次是是低压缩永久变形,传统的催化剂反应点多,输出的成分很复杂,所以对材料的化学选择性是很难把控的。国机密封通过合成新的催化剂就改善了胶链反映中的选择性;其三,双极板和膜电极的耐高温难题,超过120度之后对材料的影响性是非常巨大的,国机密封采取了共性技术研究,通过中低温免二段硫化共性技术研究解决之一难题。
 
“做产品的设计需要面临很多性能上的矛盾关系,就像踩翘翘板一样我们需要找到一个平衡。“王泉表示,诸如强度和模量、融合度与触变性,固化速度与存储稳定性,表面性能与产品均一性等,在这诸多的因素中实现平衡。
 

国机密封的氢能密封实践


专业的设计输出可靠的产品方案,现阶段国机密封在小低分子的析出控制的时间在行内领先。以其公司产品为例,在95度点胶45分钟成型,在150度下变形率控制在7.5%之内。130度注射成型40秒,在150度下压缩变形率控制在3.8%,而且经过各项老化测试后继续保持低压变。
 
此外,国机密封的产品在平衡型上有了关键的突破,产品有良好的工艺适配性。点胶和注射两款产品,在同等条件下,同温度下的一个硫化过程,可以实现了快速固化。对标进口产品,在附着力上表现优异,表面光滑,没有气泡,并且在装电堆的过程中不出现滑动。良好的工艺适配性可以实现优异的石墨附着力、不存在“粘MEA、气泡、滑动”等问题。
 
“好的产品必须要经过可靠的验证,这是一个非常重要,而且必要的工作。“王泉表示,燃料电池密封测试包含残留分析、结构分析、失效分析和仿真寿命分析等多个环节。国机密封建立了分层次递进可靠性验证体系,首先研究材料的可靠性,分析材料的参数来思考、对应密封性能的影响因素。通过超过上千小时的高温、高湿、耐酸等等一系列条件,保持它的低压变。对材料实际工况进行寿命的评估,建立仿真模拟模型。研究实际工况参数对密封性能的影响规律。
 
好的产品经过了好的论证、好的设计、好的应用才能推动燃料电池良好的发展。快速发展的行业技术迭代是很快的,对供应商要求也非常高,需要有非常好的核心能力。
 
国机密封的优势在于拥有独特的热固核心技术、可靠的密封验证系统、迭代的应用方案和精密的制造能力。同时公司还对接了上下游的企业,可以根据计划优化相应的密封功能实现的路径和工艺,包括膜电极、双极板等密封工艺。
 
国机密封是世界500强国机集团唯一专业化密封产业平台,由成立于1959年的广州机械科学研究院有限公司密封研究所(广研密封)重组而成。公司拥有国家唯一密封研究和测试平台,是国家橡塑密封工程技术研究中心。国机密封致力于为客户提供高性能的密封产品及先进的密封技术,产品广泛用于清洁能源、新能源汽车、重型机械及国家重点项目。
 
在燃料电池密封方面,国机密封可以提供点胶工艺、注射成型密封胶条和一体化注射成型密封系统等解决方案。同时还能提供石墨板的水场密封与粘接、石墨板浸渗剂、 气体扩散层的粘接剂等产品。
 
除了针对燃料电池电堆和系统,国国机密封针对氢能领域的应用还推出了氢气压缩机组合的密封系统、加氢枪阀体密封系统、储氢瓶密封系统和BOP部件密封系统。
 
“国机密封紧跟能源革命发展,从传统的石油冶金到水电、风电、锂电、氢能,产品服务于能源革命、国家重大工程、重大装备多个领域。”王泉表示,国机密封的“氢封”产品致力于服务氢能行业,希望能跟业内同仁一起开创美好的未来。

此文章有价值
手机扫一扫,分享给朋友
返回顶部