一种密封材料及其制备方法和应用、以及燃料电池技术

本发明专利技术是关于一种密封材料及其制备方法和应用、以及燃料电池。主要采用的技术方案为：一种密封材料，以重量份数计，其制备原料包括如下组分：95‑105重量份，优选100重量份的EPDM生胶、20‑160重量份的补强炭黑、5‑50重量份的增塑剂、1‑6重量份的脱模剂、0.2‑12重量份的过氧化物硫化剂、0.2‑6重量份的促进剂、0.5‑8重量份的防老化剂。其中，促进剂选用PDM、TAIC、TAC中的一种或几种；防老化剂选用酚类、咪唑类、蜡类中的一种或几种。密封材料在制备时采用微波硫化工艺，加热迅速，大大缩短了硫化时间，且加热均匀性好，硫化质量较高，大大提高密封材料的抗撕裂强度。本发明专利技术主要用于提供一种不会污染燃料电池的膜电极、不会导致燃料电池的铂催化剂中毒、撕裂强度较好的密封材料。

【技术实现步骤摘要】
一种密封材料及其制备方法和应用、以及燃料电池
本专利技术涉及一种燃料电池
，特别是涉及一种密封材料及其制备方法和应用、以及燃料电池。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置。它具有能量转化效率高、清洁无污染、常温下可运行、工作噪声低、可靠性和维护性好等优点，是最有前途的新能源，广泛用于汽车、火车、船舶、潜水器、飞行器等的动力电源以及电力、通信、数据中心、公共设施等的备用电源。质子交换膜燃料电池单体是由膜电极组件、双极板和密封件构成。其中膜电极组件是由气体扩散层、含有铂的阴阳极催化层和质子交换膜组成。质子交换膜一般使用吸水后能质子导电的带磺酸基的氟树脂高分子膜。燃料电池一般在70-80℃下工作，此时磺酸基的PH为1-2，属强酸环境。为了保证燃料电池的长期正常工作，要求质子交换膜燃料电池的密封材料具有以下特性：(1)高气密性：密封燃料气体和氧化剂气体；(2)低透湿性：让高分子膜处于饱和水蒸气状态下工作并保持内部的酸性；(3)耐酸性：燃料电池发电时，通常处于低pH的强酸性环境；(4)耐湿性：电池工作时内部是饱和水蒸气状态；(5)耐热性：高分子膜工作环境决定的；(6)低离子溶出性：溶出的离子会影响高分子膜的质子传导性，有的还会导致铂催化剂中毒；(7)电绝缘性：防止单电池间的短路；(8)橡胶弹性：吸收振动和抗冲击；(9)化学稳定性：对冷却液的化学稳定性、各种燃料的化学稳定性。现有技术主要采用三元乙丙橡胶作为质子交换膜燃料电池的密封材料。三元乙丙橡胶因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，具有良好的耐化学品、电绝缘性能、冲击弹性、低温性能、低密度和高填充性、耐热水性和耐水蒸气性、低压缩永久变形、高强度和高伸长率等。因此，三元乙丙橡胶十分适合用做质子交换膜燃料电池的密封材料。但是，本专利技术的专利技术人发现采用现有的三元乙丙橡胶作为质子交换膜燃料电池的密封材料，至少会存在如下问题：(1)现有的三元乙丙橡胶中含有氧化锌、碳酸钙等，这样密封材料在强酸性的环境下容易溶出锌离子、钙离子，从而会污染燃料电池的膜电极，导致膜电极性能的下降；(2)现有的三元乙丙橡胶中含有的硫磺或者可分解成为硫磺的硫化剂，在强酸性环境下产生硫化氢会导致燃料电池的铂催化剂中毒；(3)现有的由过氧化物硫化剂制备的三元乙丙橡胶，存在撕裂强度性能差的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种密封材料及其制备方法和应用、以及燃料电池，主要目的在于提供一种不会污染燃料电池的膜电极、及不会导致燃料电池的铂催化剂中毒的密封材料。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术的实施例提供一种密封材料，其中，以重量份数计，所述密封材料的原料包括如下组分：EPDM生胶：95-105重量份，优选100重量份；补强炭黑：20-160重量份；增塑剂：5-50重量份；脱模剂：1-6重量份；过氧化物硫化剂：0.2-12重量份；促进剂：0.2-6重量份；防老化剂：0.5-8重量份；其中，所述促进剂选用PDM、TAIC、TAC中的一种或几种的混合物；所述防老化剂选用酚类、咪唑类、蜡类中的一种或几种的混合物。优选的，所述EPDM生胶中的乙烯含量为40-60wt％；和/或所述EPDM生胶中的二烯烃的含量为3-15wt％。优选的，所述补强炭黑选用N550炭黑、N774炭黑中的一种或两种的混合物；和/或所述增塑剂选用石蜡油、PAO中的一种或两种的混合物；和/或所述脱模剂选用硬脂酸；和/或所述过氧化物硫化剂选用DCP、DTBP、BPMC中的一种或几种的混合物。优选的，所述酚类选用酚类抗氧化剂1010；和/或所述咪唑类选用2-硫醇基苯并咪唑；和/或所述蜡类选用微晶蜡。优选的，所述密封材料的邵氏A硬度为45-75，优选为50-60；和/或所述密封材料的撕裂强度为40-80kN/m，优选为50-60kN/m。另一方面，上述任一项所述密封材料在用作或制备燃料电池的密封结构中的应用；优选的，所述密封结构用于将膜电极组件密封于双极板之间。另一方面，上述任一项所述的密封材料的制备方法，包括如下步骤：第一次混炼：对EPDM生胶、补强炭黑、增塑剂、脱模剂、防老化剂进行混炼处理，冷却后得到混炼胶；第二次混炼：对所述混炼胶、过氧化物硫化剂、促进剂进行混炼处理，得到第二次混炼产物；模压：对所述第二次混炼产物进行模压，以得到设定形状和尺寸的模压产物；微波硫化：将所述模压产物放入微波硫化设备中进行微波硫化，得到密封材料。优选的，在所述微波硫化的步骤中：微波硫化的温度为120-150℃、微波硫化的时间为2-10分钟。优选的，所述第一次混炼的步骤在密炼机中进行；和/或所述第二次混炼的步骤在开炼机中进行(第二次混炼的温度为室温，以免混炼胶和过氧化物硫化剂、促进剂发生反应)；和/或在所述第一次混炼的步骤中：所述混炼处理的时间为2-8min，优选为4-6分钟；所述混炼处理的温度为115-125℃。再一方面，本专利技术实施例提供一种燃料电池，其中，所述燃料电池包括密封结构；其中，所述密封结构选用为上述任一项所述的密封材料；优选的，所述密封结构用于将燃料电池单体中的膜电极组件密封于双极板之间；优选的，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。与现有技术相比，本专利技术的一种密封材料及其制备方法和应用、以及燃料电池至少具有下列有益效果：本专利技术实施例提供的密封材料，其原料是由设定重量份的EPDM生胶(三元乙丙生胶)、补强炭黑、增塑剂、脱模剂、过氧化物硫化剂、促进剂(具体选用PDM、TAIC、TAC中的一种或几种)、防老化剂(具体选用酚类、咪唑类、蜡类中的一种或几种)组成；而EPDM生胶及其他组分中均不含有氧化锌、碳酸钙等物质，因此本专利技术的密封材料在强酸性环境下不会溶出金属离子，进而不会影响燃料电池膜电极的性能。并且，本专利技术实施例提供的密封材料的硫化剂选用的是过氧化物硫化剂，这样密封材料不会产生硫磺或分解出硫磺，因此，本专利技术的密封材料不会引起燃料电池的铂催化剂中毒。进一步地，由于本专利技术实施例提供的密封材料中的硫化剂选用的是过氧化物硫化剂，采用现有常规的硫化方法，如加热硫化，会存在硫化时间长、且密封材料撕裂性能差的问题；为此，本专利技术实施例提供的密封材料的制备方法，专门针对过氧化物硫化剂，采用微波硫化工艺进行硫化，将微波能量穿透到被加热介质内部直接进行整体加热，加热迅速、高效节能，大大缩短了硫化时间，加热均匀性更好，硫化质量较高，使所制备的密封材料的撕裂强度大大提高。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种密封材料，其特征在于，以重量份数计，所述密封材料的原料包括如下组分：/nEPDM生胶：95-105重量份，优选100重量份；/n补强炭黑：20-160重量份；/n增塑剂：5-50重量份；/n脱模剂：1-6重量份；/n过氧化物硫化剂：0.2-12重量份；/n促进剂：0.2-6重量份；/n防老化剂：0.5-8重量份；/n其中，所述促进剂选用PDM、TAIC、TAC中的一种或几种的混合物；/n所述防老化剂选用酚类、咪唑类、蜡类中的一种或几种的混合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种密封材料，其特征在于，以重量份数计，所述密封材料的原料包括如下组分：
EPDM生胶：95-105重量份，优选100重量份；
补强炭黑：20-160重量份；
增塑剂：5-50重量份；
脱模剂：1-6重量份；
过氧化物硫化剂：0.2-12重量份；
促进剂：0.2-6重量份；
防老化剂：0.5-8重量份；
其中，所述促进剂选用PDM、TAIC、TAC中的一种或几种的混合物；
所述防老化剂选用酚类、咪唑类、蜡类中的一种或几种的混合物。


2.根据权利要求1所述的密封材料，其特征在于，
所述EPDM生胶中的乙烯含量为40-60wt％；和/或
所述EPDM生胶中的二烯烃的含量为3-15wt％。


3.根据权利要求1所述的密封材料，其特征在于，
所述补强炭黑选用N550炭黑、N774炭黑中的一种或两种混合物；和/或
所述增塑剂选用石蜡油、PAO中的一种或两种的混合物；和/或
所述脱模剂选用硬脂酸；和/或
所述过氧化物硫化剂选用DCP、DTBP、BPMC中的一种或几种的混合物。


4.根据权利要求1所述的密封材料，其特征在于，
所述酚类选用酚类抗氧化剂1010；和/或
所述咪唑类选用2-硫醇基苯并咪唑；和/或
所述蜡类选用微晶蜡。


5.根据权利要求1-4任一项所述的密封材料，其特征在于，
所述密封材料的邵氏A硬度为45-75，优选为50-60；和/或
所述密封材料的撕裂强度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：关春红，杨其良，王海峰，王利生，
申请(专利权)人：浙江锋源氢能科技有限公司，锋源新创科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33