酸性环境对PEM燃料电池弹性体垫片材料老化性能的影响

质子交换膜(PEM)燃料电池中弹性体垫片材料的持久性和稳定性对整个燃料电池的电化学性能有着重要影响。根据弹性体垫片材料在PEM燃料电池中所处酸性环境,配制了4种浓度不同的酸性试验溶液,研究弹性体垫片材料在该介质中的老化损伤情况。分别采用光学显微镜和傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)仪观察了弹性体垫片材料在不同浓度溶液和不同老化时间后试样表面微观形貌变化和试样表面的化学成分变化。试验结果表明:老化时间和老化介质对弹性体垫片材料的损伤有着显著影响,其微观表面由平滑逐渐粗糙直至裂纹产生、增加;且随着时间和试验溶液浓度的增加,弹性体垫片材料的损伤程度增加。化学性能改变的机制主要是由于分子主链的水解和交联断裂。

模拟PEMFC环境下弹性体垫片材料老化研究

垫片材料的耐久性和稳定性对质子交换膜燃料电池(PEMFC)密封及其性能至关重要。采用实验的方法研究一种潜在的PEMFC垫片用材料—甲基乙烯基硅橡胶在两种模拟的PEMFC环境下的老化损伤情况。采用光学显微镜和傅里叶转换红外光谱(ATR-FTIR)技术研究试样在模拟的PEMFC环境下其表面形貌和其化学结构的老化损伤。实验结果表明:材料浸泡在模拟的PEMFC环境下发生老化损伤,试样质量损失随着老化时间的增加而增加;光学显微镜观察结果表明:试样表面形貌发生了显著变化,其老化损伤趋势表现为试样表面从光滑到粗糙,到产生微裂纹,再到裂纹扩展;ATR-FTIR实验结果表明,试样表面的化学结构发生了显著的变化。

基于Microindentation的PEM燃料电池垫片材料机械性能评估

质子交换膜(PEM)燃料电池需要弹性体垫片来密封阳极和阴极的反应气体(氧气和氢气),垫片材料机械性能的稳定性对燃料电池操作及其性能至关重要。采用Microindentation方法研究了PEM燃料电池弹性体垫片材料(硅橡胶弹性体材料)的机械性能。实验研究了试样的加载和卸载行为,基于Hertz接触理论研究了弹性体垫片材料的变形行为,获得了材料的弹性模量、硬度和迟滞损失能。同时,采用有限元方法分析了试样在加载情况下的应力分布。结果表明,本研究所用的Microindentation技术及其分析方法为PEM燃料电池垫片材料机械性能评估提供了一种简单有效的方法。

质子交换膜燃料电池橡胶密封材料行为

质子交换膜燃料电池(PEMFC)近年来被广泛研究,这是由于其具有较多优点,如大功率密度、无污染以及启动速度快.PEMFC的耐久性是PEMFC商业化的关键问题,已经受到全世界研究学者的高度关注.密封反应性气体(氢气和氧气)及冷却剂的密封结构,对PEMFC长期运行至关重要.PEMFC电池组需要弹性体垫片,且在PEMFC整个使用寿命中十分重要,这些垫片失效会导致系统效率降低,系统失效或者甚至出现安全问题.