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密封元件是燃料電池單體中負(fù)責(zé)密封、絕緣、支撐和吸收振動沖擊等作用的彈性體元件。通常其位于極板與極板間，極板與膜電極邊框間。質(zhì)子交換膜燃料電池的工作環(huán)境較為特殊，為干濕循環(huán)、酸性、氣壓波動、壓縮多變、高低溫等。因此，在開發(fā)燃料電池用密封元件過程中，形成全面的測試項(xiàng)目具有重要意義。本文分享質(zhì)子交換膜燃料電池密封元件的主要測試項(xiàng)目。



壓縮應(yīng)力應(yīng)變性能

通常，極板與膜電極的密封主要利用橡膠的彈性體受壓后形成的接觸反力來密封。其在溝槽內(nèi)的接觸變形和密封界面上的接觸應(yīng)力分布是影響其密封性能的重要參數(shù)。測試壓縮過程中應(yīng)力隨應(yīng)變的變化關(guān)系，對于建立本構(gòu)模型、密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電堆組裝力計(jì)算等起著重要作用。

壓縮永久變形

壓縮永久變形是評估密封能力和密封壽命的關(guān)鍵指標(biāo)之一。密封元件在長時(shí)間壓縮狀態(tài)下材料發(fā)生理化性能的變化，移除壓縮力后，密封元件無法恢復(fù)至壓縮前的狀態(tài)。因此密封件在長期壓縮下，反彈力可能會降低，影響燃料電池密封性能。壓縮永久變形大小和壓縮率大小、溫度、時(shí)間有關(guān)。由于燃料電池的工作溫度寬泛，介于-40℃~90℃區(qū)間，因此通常需要測試高溫壓縮永久變形和低溫壓縮永久變形。

熱膨脹系數(shù)

大部分物質(zhì)都會因溫度改變而發(fā)生脹縮現(xiàn)象，且熱膨脹系數(shù)通常為正值，即溫度升高導(dǎo)致體積擴(kuò)大，反之縮小。因此，需要密封件具有耐高低溫性。目前，影響燃料電池密封性能的一個(gè)重要課題是密封件在低溫下材料收縮引起彈力降低進(jìn)而引發(fā)泄露風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)溫度降低到玻璃化溫度，彈性體密封件還會變硬，情況更糟。

壓縮應(yīng)力松弛

應(yīng)力松弛指?密封件在壓縮總形變維持不變的情況下，材料內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間推移而逐漸衰減的現(xiàn)象，屬于廣義上的蠕變。壓縮應(yīng)力松弛的大小取決于于初始壓縮應(yīng)變、時(shí)間和溫度。設(shè)計(jì)中，通常選擇較大的壓縮力以抵抗松弛效應(yīng)，但過大密封力可導(dǎo)致膜電極或氣體擴(kuò)散層發(fā)生力學(xué)損傷進(jìn)而影響傳輸特性。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子材料形式轉(zhuǎn)變的宏觀體現(xiàn)，直接影響到材料的使用性能。通常，作為塑料使用的高分子聚合物，當(dāng)溫度升高到發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，失去了塑料的性能變成橡膠；而作為橡膠使用的材料，當(dāng)溫度降低到發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，便喪失了橡膠的高彈性或彈力不足，變成玻璃態(tài)(硬而脆)。因此，在選擇燃料電池用橡膠配方時(shí)，必須考慮低溫密封要求。

吸水率

對密封件材料提出低吸水率要求，既為滿足電池內(nèi)部質(zhì)子膜良好的濕潤及水平衡，也為防止吸收水分后密封件膨脹變形過大降低密封性能和升高接觸電阻，還可避免吸收水分降低絕緣性。

材料氣體透過率

密封件引起的氣體泄露主要分為界面泄露和材料本體泄露，氣體包括氫氣、氧氣或氮?dú)狻⑺魵?。前者指由于密封件與極板或膜電極的接觸面不平整引發(fā)的氣體在接觸界面穿過而引起的泄露，后者指反應(yīng)氣穿透密封材料本身發(fā)生的泄露。密封材料的氣體透過率可采用壓差法，如可在兩側(cè)存在分壓差的狀態(tài)下測量單位時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)氣體透過單位面積試樣的摩爾數(shù)。

耐酸性能

質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部為酸性工作環(huán)境(PH約為2左右)。因此，為提高壽命和密封性能，密封材料必須具備抗化學(xué)腐蝕衰減的能力。在指定的酸性環(huán)境和時(shí)間條件下，橡膠密封材料的硬度、壓縮應(yīng)力應(yīng)變性能、質(zhì)量、體積和尺寸等均可能發(fā)生變化。

耐冷卻劑性能

耐冷卻劑性能表示密封材料抵抗燃料電池冷卻劑(通常為去離子水和乙二醇的混合液)的腐蝕能力。與密封元件的耐酸性能相似，耐冷卻劑性能的評判也對體積、尺寸、硬度和壓縮應(yīng)力應(yīng)變性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 

原標(biāo)題：燃料電池密封件的測試項(xiàng)目有這些！