氢燃料电池电堆的密封方式对封装力影响

       氢燃料电池电堆都是由成百片的单电池串联起来，再用绑带或螺栓将电堆紧固。对电堆紧固施加力叫封装力。每个单电池都是由双极板和膜电极组成，膜电极与双极板之间采用密封胶密封起来，分隔成独立不同的腔室，保证每个腔室不泄漏。密封区域的密封压力达不到要求，容易发生反应气体泄漏，并且会导致接触面电阻大，导致电池无法正常工作；但封装力过大时，会严重压缩由多孔材料制成的气体扩散层，使孔隙度和气体渗透率迅速下降，导致电堆的性能或效率严重下降。过大的封装力还会使内部各部分的结构应力上升，产生塑性变形甚至直接被压溃。密封是电堆设计、组装最重要课题之一。

一、目前电堆密封有多种工艺路径，下面介绍密封几种方式:

        1、双极板采用点胶模式，胶水点双极板上。点胶工艺简单、灵活，但点胶精度难控制，且点胶截面成半圆弧，接触面小，接触应力不均匀。

        2、双极板采用胶圈密封，胶圈粘在双极板上。密封截面根据需要设计，接触面大，密封性好。但贴胶圈工艺有一定技术难度。

        3、双极板采用注胶密封，直接在双极板上注胶。采用液态硅注胶，一次两模，密封胶线精度高，接触面大，但注胶工艺复杂。

        4、在膜电极采用注胶密封，直接在膜电极上注胶。采用液态硅注胶，一次两模，密封胶线精度高，但注胶工艺复杂，因膜电极成本高，提高注胶成品率。

二、密封工艺对比：

三、封装力与以下因素有关

        1、电堆结构及极板的尺寸有关，施加到电堆单位面积的压力。单位面积压力要均匀，最大不超过10%。

        2、与密封材料性能和密封截面有关。

        3、与GDL的压缩率有关，这决定了接触电阻的大小。

        虽然封装力与以上因素有关，但必须综合考虑以上因素，合理选择密封方式，保证在密封可靠的情况下，接触电阻小，电堆性能稳定，压装力最优。

        点胶面是弧形，接触面小，密封胶密封后，接触点中心接触应力大；且因接触面小，压力不能太大，否则密封圈会产生塑性变形。

        采用胶圈（或注胶）密封，因胶圈接触面是平面，接触面比较大，需要压力也偏大。极板注胶与胶圈密封圈接触截面一样，接触面大，该结构接触面积大，密封效果好。

四、燃料电池内部压紧力测试

        1、通过压敏显影进行定性测量，测量密封线和流道压痕。

        2、在线矩阵压力传感器进行实时的压紧力变化测试。进行定性测试。

五、小结

        电池间面压密封是利用橡胶弹性和表面接触应力来保证密封。在设计电堆时，根据工艺路径合理选择密封材料、密封方式，建立电堆密封接触模型与封装力的规律，保证电堆性能稳定最优化。因金属板变形，金属板的封装力一般大于石墨板电堆的封装力！