[发明专利]硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池

说明书

本发明提供了硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池，所述硫化硅橡胶注塑材料的制备方法包括：将硅胶、硅油、助剂、交联剂和硫化剂进行混合，得到所述硫化硅橡胶注塑材料；所述助剂包括纳米氧化锌和纳米二氧化钛。本发明通过添加助剂显著提高了硫化硅橡胶注塑材料在高湿高温以及酸性环境下的耐受性，作为膜电极的注塑材料能够满足商用车燃料电池对密封性的要求，进一步提升了商用车燃料电池的寿命。

技术领域

本发明属于新能源车用燃料电池技术领域，尤其涉及硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池。

背景技术

氢燃料电池，利用氢气和氧气发生反应，将化学能直接转化为电能，由于质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、功率密度大、应用成熟等特点，在汽车上得到广泛应用。然而，目前商用车氢燃料电池的耐久性差，寿命平均为15000小时，达不到与内燃机相媲美的寿命要求，因此提升寿命是商用车燃料电池推广应用的最重要问题之一。

膜电极是商用车氢燃料电池的重要组成部分，是电化学反应发生场所，被比作燃料电池的芯片，成本占据燃料电池的60％以上，因此膜电极的成本和寿命直接决定了燃料电池的成本和寿命。为了保证质子交换膜燃料电池中的氢气燃料与氧化剂空气能够分别在膜电极两侧表面而不会发生回合，除了要求膜电极本身密封性外，膜电极四周的密封技术也至关重要，直接影响电池的性能和耐久。目前膜电极密封主要有两种塑料边框和注塑一体化密封。

CN107534166A公开了用于固体聚合物电解质燃料电池的密封件，通过设置围绕膜电极组件外围的框架，将框架与质子交换膜粘合(或热压)在一起，并利用框架上的通孔将流动性密封材料注入和实现密封，一体化效果好，生产效率高。

CN112103542A公开了一体化膜电极的制备装置及制备方法，通过将电极产品放置在下模具内，再从上模具向定位凹腔内注塑，从而完成电极产品的加工，实现了膜电极的自动化生产，人工成本低；且使用注塑的方式对电极产品进行封边，成品密封效果好，封边不易失效，膜电极的结构稳固。

CN112310431A公开了用于燃料电池的弹性体电池框架及其制造方法和单元电池，使用一种燃料电池的弹性体电池框架，包括：膜电极组件，包括电解质膜和分别设置在电解质膜两侧的一对催化层以及设置在膜电极组件两侧的一对气体扩散层；弹性体电池框架，该弹性体框架围绕膜电极组件的外部边缘。通过对膜电极组件和弹性体框架的重叠部分施加热压将重叠部分热熔粘结，从而使膜电极组件和弹性体框架彼此形成一体，构成一体化膜电极。这种方法可以降低材料成本，省去粘合剂涂覆工艺、密封构件的成型工艺，提高生产效率；还可以减小电池间距，减轻重量，实现燃料电池电堆体积/质量功率的提升。

上述文献均是基于在模具设计层面对一体化膜电极进行改进，解决膜电极的气密性问题，成品密封效果好，实现连续快速生产，进一步提高了生产效率。但是均未考虑注塑材料在老化过程的析出物对质子膜和催化剂的攻击和一体化膜电极疏水等问题，对商用车燃料电池耐久性和寿命的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供硫化硅橡胶注塑材料、一体化密封膜电极、其制备方法及燃料电池，通过添加助剂显著提高了硫化硅橡胶注塑材料在高湿高温以及酸性环境下的耐受性，适用于作为商用车燃料电池中膜电极的注塑材料，能够显著提高膜电极的气密性和耐久性，满足商用车燃料电池对密封性的要求，进而提升商用车燃料电池的寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硫化硅橡胶注塑材料的制备方法，所述制备方法包括：

将硅胶、硅油、助剂、交联剂和硫化剂进行混和，反应后得到所述硫化硅橡胶注塑材料；

所述助剂包括纳米氧化锌和纳米二氧化钛。