本發(fā)明屬于燃料電池制造領(lǐng)域，具體是涉及一種用著密封氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池的密封結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

燃料電池的電力是通過氫氣跟氧氣的化學(xué)反應(yīng)得到的，作為燃料電的氫氣，是一種無色、無味、易燃易爆的小分子氣體，即使很小的縫隙也非常容易導(dǎo)致泄露，并且能在很廣的混合范圍內(nèi)因小火花引發(fā)爆炸燃燒，所以要求密封膠必須能夠提供單元電池良好的氣體密封。

現(xiàn)有燃料電池密封材料大多選用硅膠材料，硅膠別名：氧化硅膠或硅酸凝膠，英文名稱：silicagel;silica，分子式：xsio2·yh2o，分子量：60.08。硅膠根據(jù)成型工藝的不同，分為：模壓硅膠制品，擠出硅膠制品，液態(tài)硅膠制品三大類，模壓硅膠制品通常是通過高溫模具在放入添加硫化劑的固體硅膠原料后通過硫化機(jī)臺施加壓力，高溫硫成固體化成型的，模壓硅膠的硬度通常在30°c-70°c。擠出硅膠制品通常是通過擠出機(jī)器擠壓硅膠成型的，硬度通常在30°c-70°c。液態(tài)硅膠制品是通過硅膠注塑噴射成型的，產(chǎn)品柔軟，硬度可以達(dá)到10°c-40°c。燃料電池密封材料硅膠根據(jù)不同的硅膠成型工藝得到所需的硅膠制品，成型后剖面結(jié)構(gòu)大體分為兩種，兩種結(jié)構(gòu)如圖1所示，截面的最大直徑為1.6~2mm。

然而，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，硅膠材料在用作燃料電池密封件時存在著一定的不足。比如使用較為廣泛的燃料電池中，高分子燃料電池使用了具有離子導(dǎo)電的高分子膜（陽離子交換膜），陽離子交換膜通常采用帶磺酸基的氟樹脂。最常見的是nafion膜。這種聚合物膜只有在吸水后才會變成質(zhì)子導(dǎo)電，因此要將反應(yīng)氣體加濕以保持膜的質(zhì)子導(dǎo)電性。質(zhì)子交換膜燃料電池要在50-100度左右運行，磺酸基的ph值為1-2，是強(qiáng)酸環(huán)境。硅膠用在高分子燃料電池密封材料中，并長期處于強(qiáng)酸環(huán)境狀態(tài)下，硅膠材料會分解掉，失去原有的機(jī)械強(qiáng)度，并且會使高分子燃料電池泄露氫氣，導(dǎo)致爆炸燃燒。氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池是一種以純氧作為氧化劑的燃料電池，由于使用純氧作為氧化劑，在高正電壓條件下，對材料的氧化腐蝕非常嚴(yán)重，硅膠由于存在還原基，在純氧條件下會很快腐蝕，最后導(dǎo)致燃料電池漏氣。

由此可以看出，硅橡膠用來做燃料電池的密封材料，存在透氣性高，耐磨性差，耐酸堿性差，耐油耐溶劑型差等缺點，而為了解決克服上述的缺陷，研究人員考慮以氟橡膠替代硅橡膠作為燃料電池的密封材料。

氟橡膠（fluororubber）是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體，其主要成分為pvdf或ptfe等氟材料。

氟橡膠具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，是目前所有彈性體中耐介質(zhì)性能最好的一種，氟橡膠的耐高溫性能也同樣優(yōu)異，和硅橡膠的耐溫性基本一致，另外氟橡膠具有極好的耐天候老化性能，耐臭氧性能，氟橡膠一般配合的強(qiáng)力在10~20mpa之間，扯斷伸長率在150~350%之間，抗撕裂強(qiáng)度在3~4kn/m之間，氟橡膠對氣體的溶解度比較大，但擴(kuò)散速度卻比較小，所以總體表現(xiàn)出來的透氣性也小，氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸堿、耐多種化學(xué)藥品的特點。

氟橡膠材料良好的解決了硅膠在高分子燃料電池中的弊端，但氟橡膠材料由于材料、工藝的原因，邵氏硬度范圍在50以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氫氧燃料電池堆組裝密封材料所適合的邵氏硬度，不適合作為燃料電池的密封材料。因此，如何實現(xiàn)氟橡膠材料在燃料電池的密封材料中應(yīng)用，發(fā)揮氟橡膠材料的性能優(yōu)勢，成為現(xiàn)階段研究的重點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池用密封結(jié)構(gòu)，既保證了適中的硬度，滿足燃料電池的裝配需求，又具有化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池用密封結(jié)構(gòu)，包括與待密封件邊緣適配的密封圈，其特征在于，所述密封圈包括第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件，其中，第一密封構(gòu)件由氟橡膠材料制成，第二密封構(gòu)件由硅橡膠材料制成；

所述第一密封構(gòu)件至少包裹在所述第二密封構(gòu)件與密封介質(zhì)接觸面的外側(cè)，將所述第二密封構(gòu)件與密封介質(zhì)隔離。

本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選地技術(shù)方案為，所述第一密封構(gòu)件完全包裹在所述第二密封構(gòu)件的外側(cè)，將所述第二密封構(gòu)件與密封介質(zhì)隔離。

所述密封圈的剖面為圓形、半圓形、矩形或異形結(jié)構(gòu)。密封圈的剖面形狀可以為任意形狀，只要保證第一密封構(gòu)件至少包裹在第二密封構(gòu)件與密封介質(zhì)接觸面的外側(cè)即可。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述密封圈的剖面為圓形時，所述第二密封構(gòu)件為實心圓柱狀結(jié)構(gòu)，所述第一密封件為空心管狀結(jié)構(gòu)，所述第二密封構(gòu)件位于所述第一密封件的內(nèi)腔中，且所述第一密封構(gòu)件的管內(nèi)徑與所述第二密封構(gòu)件的直徑一致。

優(yōu)選地，所述第一密封構(gòu)件的管壁厚度為0.5~0.55mm、管外徑為1.6~2mm。

優(yōu)選地，所述密封圈的剖面為半圓形時，所述第二密封構(gòu)件為方柱狀或圓柱狀結(jié)構(gòu)，所述第一密封件為半圓柱結(jié)構(gòu)，在所述第一密封件的底部設(shè)置有與第二密封構(gòu)件形狀一致的空腔，所述第二密封構(gòu)件位于所述第一密封件的空腔中。

優(yōu)選地，所述第一密封構(gòu)件的直徑為1.6~2mm、空腔壁到外壁的距離為0.5~0.55mm。

有益效果：本發(fā)明中密封結(jié)構(gòu)由第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件組合形成，第二密封構(gòu)件作為內(nèi)芯，由硅膠材料制成，為密封結(jié)構(gòu)提供合適的彈性和硬度，確保燃料電池有效組裝；第一密封構(gòu)件作為外層，至少包裹在所述第二密封構(gòu)件與密封介質(zhì)接觸面的外側(cè)，將所述第二密封構(gòu)件與密封介質(zhì)隔離，為密封結(jié)構(gòu)承擔(dān)抗腐蝕功能，可免除硅膠內(nèi)芯直接暴露在外，有效抵抗純氧、強(qiáng)酸等外部環(huán)境破壞硅膠材料的分子結(jié)構(gòu)，保持密封結(jié)構(gòu)長期保持原有的基本形態(tài)；本發(fā)明的密封結(jié)構(gòu)對使用環(huán)境具有良好的耐受性，如強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境、高溫高冷環(huán)境、冷熱循環(huán)等環(huán)境，對氣體的防漏性同樣非常出色，另外本密封結(jié)構(gòu)邵氏硬度可以達(dá)到30~50度，適合高分子燃料電池密封材料結(jié)構(gòu)的邵氏硬度。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)中硅膠成型后兩種剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實施例1的密封結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例2的密封結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。

一種氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池用密封結(jié)構(gòu)，包括與待密封件邊緣適配的密封圈，密封圈包括第一密封構(gòu)件1和第二密封構(gòu)件2，其中，第一密封構(gòu)件1由氟橡膠材料制成，第二密封構(gòu)件2由硅橡膠材料制成；作為第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件的氟橡膠和硅橡膠均是由本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段制成。

第一密封構(gòu)件1至少包裹在第二密封構(gòu)件2與密封介質(zhì)接觸面的外側(cè)，將第二密封構(gòu)件2與密封介質(zhì)隔離。

密封圈的剖面為圓形、半圓形、矩形或異形結(jié)構(gòu)。本申請對密封圈的形狀不作具體限定，為了更清楚的說明本申請密封圈的結(jié)構(gòu)，僅以如下的實施例將密封圈其中的兩種形態(tài)作具體說明。

實施例1：在密封圈的剖面為圓形時，第二密封構(gòu)件2為實心圓柱狀結(jié)構(gòu)，第一密封件1為空心管狀結(jié)構(gòu)，第一密封構(gòu)件1包裹在第二密封構(gòu)件2的外側(cè)，將第二密封構(gòu)件2密封，且第一密封構(gòu)件1的管內(nèi)徑與第二密封構(gòu)件2的直徑一致。

第一密封構(gòu)件1的管壁厚度為0.5~0.55mm、管外徑為1.6~2mm。

實施例2：在密封圈的剖面為半圓形時，第二密封構(gòu)件2為方柱狀結(jié)構(gòu)，第一密封件1為半圓柱結(jié)構(gòu)，在第一密封件1的底部設(shè)置有與第二密封構(gòu)件2形狀一致的空腔，第二密封構(gòu)件2位于第一密封件1的空腔中，由第一密封構(gòu)件1將第二密封構(gòu)件2密封。

第一密封構(gòu)件1的直徑為1.6~2mm、空腔壁到外壁的距離為0.5~0.55mm。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。