這兩天未勢(shì)能源公眾號(hào)發(fā)了兩個(gè)非常干貨的專題文章，這里做一個(gè)簡(jiǎn)化梳理，方便大家快速看懂，想細(xì)細(xì)研讀的朋友也可以跳轉(zhuǎn)原文查看。
- 技術(shù)專題?| 一公里密封如何做到零泄漏？揭秘未勢(shì)能源150kW電堆密封核心技術(shù)（上篇）
- 技術(shù)專題?| 一公里密封如何做到零泄漏？揭秘未勢(shì)能源150kW電堆密封核心技術(shù)（下篇）
一、燃料電池電堆密封的重要性
燃料電池電堆由大量相同的單電池組件構(gòu)成，每組單電池需要形成密閉腔體，保證氫氣、空氣以及冷卻液等流體不發(fā)生泄漏。
各組單電池連接時(shí)，也必須要有嚴(yán)格的密封，密封不良會(huì)導(dǎo)致氫氣與冷卻液泄露，降低氫的使用率，影響燃料電池的性能、效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池?zé)o法工作，影響電池壽命，甚至存在安全問(wèn)題。
二、電堆密封面臨的挑戰(zhàn)
為了提高電堆的體積功率密度以及峰值功率，雙極板與膜電極未來(lái)將朝著超薄的方向發(fā)展，且高體積功率密度的大功率電堆反應(yīng)氣體壓力大，在微米級(jí)的空間對(duì)高壓力氣體進(jìn)行密封是極大的挑戰(zhàn)。
同時(shí)，單電池結(jié)構(gòu)決定了密封結(jié)構(gòu)的形狀一定為細(xì)長(zhǎng)型，百千瓦級(jí)電堆的密封總長(zhǎng)度甚至達(dá)到了1000m，但實(shí)際上1mm的密封失效，就會(huì)導(dǎo)致整堆的氣密性不合格，所以實(shí)現(xiàn)百千瓦級(jí)的電堆嚴(yán)格密封極為困難。
三、影響大功率電堆密封關(guān)鍵技術(shù)的核心因素
燃料電池電堆的密封技術(shù)通常是在雙極板之間會(huì)涂覆密封膠，再通過(guò)壓合的方式組裝。
電堆結(jié)構(gòu)示意圖
單電池密封示意圖
通過(guò)分析，未勢(shì)能源認(rèn)為，想要達(dá)到良好的密封效果，在設(shè)計(jì)層面，需要開發(fā)壽命長(zhǎng)、密封應(yīng)力大的材料匹配先進(jìn)的多層密封設(shè)計(jì)，在工藝層面需要有高精度、高效率的制備方法支撐。
同時(shí)，還需要根據(jù)整車的運(yùn)行工況開發(fā)適宜的測(cè)試方法與策略，最終才可以達(dá)成可靠的高功率電堆的密封。
1.超耐久密封材料開發(fā)
電堆的特殊工作環(huán)境匹配整車的運(yùn)行工況，使得常見的材料基本都無(wú)法兼顧密封性能與密封壽命，為此，未勢(shì)能源聯(lián)合諾博橡膠研發(fā)了專用于全功率電堆密封材料：EPDM（三元乙丙橡膠）。
常見密封材料及物性參數(shù)
經(jīng)過(guò)大量材料配方開發(fā)與物性參數(shù)試驗(yàn)，未勢(shì)能源已經(jīng)建立了密封材料數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)不同的使用工況可以匹配性能最優(yōu)、壽命最長(zhǎng)的密封材料，通過(guò)極為嚴(yán)格的材料級(jí)表征試驗(yàn)以及整堆壽命實(shí)測(cè)，未勢(shì)能源當(dāng)前應(yīng)用的密封材料，判斷其密封壽命遠(yuǎn)超20000h。
材料耐久試驗(yàn)，左側(cè)為常見的電堆密封材料-硅膠，右側(cè)為未勢(shì)二代密封材料-EPDM
2.多層高應(yīng)力密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很大程度決定了密封性能與壽命，目前主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有截面形狀、截面尺寸、及整體尺寸設(shè)計(jì)。
采用先進(jìn)的階梯形密封，實(shí)現(xiàn)了低壓縮、長(zhǎng)壽命、大應(yīng)力的密封效果，保證整堆可以達(dá)到20000h的密封壽命；
未勢(shì)能源密封的錯(cuò)位魯棒性強(qiáng)，在自動(dòng)化高精度裝堆工藝的支撐下，不會(huì)發(fā)生泄漏。
不同密封截面應(yīng)力仿真分析
密封錯(cuò)位魯棒性仿真
3.高精密的密封制造工藝
未勢(shì)能源聯(lián)合諾博橡膠，定制化開發(fā)了高精度EPDM注塑工藝，在不改變EPDM材料壓縮特性以及耐久特性的前提下，對(duì)材料的門尼粘度進(jìn)行了多輪調(diào)整，通過(guò)模流仿真分析、收縮率仿真分析等方法，確認(rèn)最優(yōu)模具設(shè)計(jì)，確保了EPDM材料注塑可行性。
注塑模流仿真分析
將EPDM材料直接硫化至極板上，最終成型的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了高度公差＜±0.015mm，位置精度＜±0.02mm，同時(shí)預(yù)處理、轉(zhuǎn)運(yùn)、注塑、上下料等工序完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率提升至＜3min/片，完全滿足千套/年的電堆產(chǎn)能要求。
注塑密封極板
4.完善且嚴(yán)苛的評(píng)價(jià)體系
氣密性評(píng)價(jià)同樣是關(guān)鍵的一環(huán)。未勢(shì)能源的雙極板及電堆在下線前會(huì)對(duì)氣密性進(jìn)行100%檢測(cè)以保證零泄漏的實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)項(xiàng)目包括氫氣、空氣、冷卻液是否向外部泄漏，電堆中的反應(yīng)氣體與冷卻液是否相互串漏等等。
目前未勢(shì)能源電堆氣密性能均可達(dá)到＜0.5CC/min的泄漏速率，完全滿足整車使用需求。
高低溫交變循環(huán)沖擊
針對(duì)不用的應(yīng)用場(chǎng)景，將電堆分別在70℃與-40℃下存儲(chǔ)超過(guò)12h，測(cè)試整堆在高溫及低溫下的氣密性，并根據(jù)整車運(yùn)行工況，測(cè)試整堆在高低溫交變循環(huán)沖擊的條件下氣密性能否達(dá)到要求。
最終結(jié)果顯示，相比于常溫氣密性，波動(dòng)值＜±10%，判斷目前電堆可以在﹢70℃~-40℃的任意工況下滿足氣密性要求，結(jié)合目前整堆在實(shí)車上7000h后密封性波動(dòng)值＜±5%，可確定未勢(shì)能源的電堆通過(guò)了以上全面的評(píng)價(jià)與驗(yàn)證，真正具備零泄漏，長(zhǎng)壽命的特性。
來(lái)源：未勢(shì)能源
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：揭秘未勢(shì)能源150kW電堆密封核心技術(shù)
