[发明专利]燃料电池用框架垫片及其成型方法

说明书

本发明公开一种燃料电池用框架垫片及其成型方法，所述框架垫片包括：基部，为了燃料电池组的气密而沿电池组构成部件的外围部布置，由具有弹性的第一基础材料和强化纤维的混合材料形成；以及第一突起部，从所述基部突出，由具有弹性的第二基础材料形成。

技术领域

本发明涉及一种自立型(Self-Standing)燃料电池用框架垫片及其成型方法，即使不使用插件(Insert)也可以使弹性体本身具有充分的刚性，还可提高其气密耐久性。

背景技术

聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell，PEMFC)作为汽车用燃料电池而被广泛使用。在汽车用燃料电池组中，为了维持对作为反应气体的氢气/空气及冷却水的气密性，一般情况下，每个电池都需要使用垫片。

用于燃料电池车用电池组的垫片需要同时满足如适当范围的硬度、卓越的弹性或非常低的压缩永久变形(compression set)、优异的机械物理性质、优异的耐酸性/耐水解性、对氢气/空气/冷却水的低扩散性、可诱发催化剂中毒的杂质含量低、优异的耐热性、高电绝缘性、优异的生产率、价格低等多种物理性质方面的要求。

一般而言，整体上满足如上所述的物理性质要求且较多地使用为燃料电池组用垫片的高分子弹性体可被大致分类为氟系、硅系及烃系弹性体等。

氟系弹性体被大致分类为氟橡胶(FKM)、全氟橡胶(FFKM)等，且目前以多种用途广泛适用于汽车/建筑/石油化学产业等。尤其氟系弹性体因其弹性、耐酸性、耐热性等卓越而被视为可在苛刻的燃料电池车的运行条件下长时间使用，从而作为电池组用垫片备受关注，但普遍具有注塑成型性及耐寒性不佳且价格贵的缺点。

硅系弹性体被大致分类为聚二甲基硅氧烷等普通硅系弹性体和氟化硅等改性硅系。作为硅系弹性体，为精密注塑成型而较固相相比更多使用液相的硅橡胶，从而能够体现卓越的注塑成型性，但其缺点在于：会在燃料电池工作条件下溶出硅杂质而能够使铂催化剂中毒。

并且，作为烃系弹性体，较多使用三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯丙烯橡胶(EPR)、异戊二烯橡胶(IR)、异丁烯-异戊二烯橡胶(IIR)等弹性体，其普遍具有耐寒性优异、价格低廉的优点，但其缺点在于：因物理性质会在100℃以上的高温下显著降低而难以长期使用。

并且，作为燃料电池用垫片，在现有技术中，为支撑刚性不足的垫片而通过插件(Insert)使其与金属双极板/气体扩散层/膜电极组件/树脂框架等一体化，或将高分子膜部件层压/接合到垫片的一面。这种现有技术对于层压数百个电池形成的电池组而言，为适用于每个电池而进行的垫片/插件一体化工艺或使用额外的膜部件及膜/垫片接合工艺的必要性，以及一体化工艺中的不良(双极板变形及表面污染等)及一体化后的质量验收费用等成为了增加成本的原因，且存在降低电池组生产率的问题。

通过所述背景技术说明的事项仅在于增进对本发明背景的理解，并不在于认定其相当于本发明所属技术领域的普通技术人员所公知的现有技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：KR 2009-0006973A

专利文献2：US 2015-0349355A1

专利文献3：JP 2013-175336A

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明用于改善如上所述的问题，其目的在于提供一种燃料电池用框架垫片及其成型方法，通过增大由弹性部件形成的垫片本身的刚性而使其无插件也可自行维持一定形状，从而在垫片注塑成型时，不仅能够省略向模具内插入额外的插件的不必要的工艺，还能够提高燃料电池的气密性能、耐久品质、生产率、商品性等。

(二)技术方案