【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本申請(qǐng)要求于2022年7月11日在歐洲提交的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2184140.6的優(yōu)先權(quán)，出于所有目的將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)援引方式并入本申請(qǐng)。本專(zhuān)利技術(shù)涉及將密封裝置、特別是用于將雙極板密封到pem燃料電池堆中的膜的密封裝置并入的燃料電池。所得的燃料電池堆顯示出優(yōu)越的抗泄漏性和減少的水中離子浸出。
技術(shù)介紹
1、采用質(zhì)子交換膜的燃料電池組件是眾所周知的。此類(lèi)組件典型地包括燃料電池模塊的堆疊，每個(gè)模塊具有被催化質(zhì)子交換膜(pem)隔開(kāi)的陽(yáng)極和陰極，并且該堆疊中的模塊串聯(lián)電連接以提供期望的電壓輸出。呈氫氣或含氫混合物的形式的氣體燃料(如“重整的”烴)鄰近膜的第一側(cè)流動(dòng)，并且典型地呈空氣形式的氧氣鄰近膜的相反側(cè)流動(dòng)。氫在陽(yáng)極-膜界面處被催化氧化，并且所得到的質(zhì)子h+通過(guò)膜遷移到陰極-膜界面，在該陰極-膜界面處，質(zhì)子與陰離子氧o-2結(jié)合以形成水。質(zhì)子僅在燃料電池的陽(yáng)極和陰極跨過(guò)膜直接相對(duì)的那些區(qū)域中遷移。電子通過(guò)外部電路從陽(yáng)極流到陰極，在電路中的負(fù)載中做電功。
2、燃料電池組件典型地包括多個(gè)串聯(lián)連接以形成燃料電池堆的燃料電池模塊。為了便于制造，并且為了提供更堅(jiān)固耐用的組件，一個(gè)電池的陽(yáng)極和相鄰電池的陰極典型地形成為剛性板，并且然后背靠背粘合，形成如本領(lǐng)域中眾所周知的“雙極板”。因此，燃料電池組件典型地由交替的雙極板和質(zhì)子交換膜的堆疊組成。
3、雙極板必須執(zhí)行若干個(gè)功能，即在電池內(nèi)分配燃料和氧化劑，促進(jìn)電池內(nèi)的水管理，攜帶電流遠(yuǎn)離電池，以及促進(jìn)熱管理。
4、在組件的外邊緣，將板和膜密封在一起，以將反應(yīng)氣體和
5、一種現(xiàn)有技術(shù)方法是使用液體注塑模制技術(shù)將液體硅酮橡膠(lsr)墊圈直接模制到雙極板上。由于復(fù)雜的密封件形狀和板幾何形狀、以及典型地用于形成雙極板的一些復(fù)合材料的非常易碎的性質(zhì)，這被證明是困難的。
6、cn113346102披露了氟橡膠作為質(zhì)子交換膜燃料電池的密封材料的用途。與普通橡膠相比，氟橡膠由于多種優(yōu)異特性而具有以下優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、耐溶脹、耐老化、耐壓縮永久變形、力學(xué)特性、耐高真空、阻燃和耐低溫。
7、us9105884進(jìn)一步披露了氟彈性體作為燃料電池密封裝置的用途，并且此類(lèi)材料還可以以與固化劑的混合物的形式應(yīng)用。在加熱到預(yù)定的溫度后，或者可替代地，與大氣水分反應(yīng)或暴露于紫外(uv)輻射后，該材料可以原位固化以形成有回彈力的墊圈，該墊圈粘附到部件表面。如此形成的墊圈能夠填充各種部件的配合表面之間的間隙，用于其環(huán)境密封。
8、本專(zhuān)利技術(shù)的主要目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)且可靠地密封燃料電池部件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種用于燃料電池密封件的水基氟彈性體可交聯(lián)組合物，該組合物可以使用傳統(tǒng)的施加技術(shù)以膠乳形式施加在燃料電池的部件之間，如雙極板與質(zhì)子交換膜之間，以簡(jiǎn)化整個(gè)施加過(guò)程。
2、所得的燃料電池堆表現(xiàn)出優(yōu)越的抗泄漏性和減少的水中離子浸出，因此防止了燃料電池效率的降低。
3、因此，本專(zhuān)利技術(shù)的第一個(gè)目標(biāo)是一種密封多個(gè)燃料電池部件的方法，該方法包括以下步驟：
4、-步驟a)：在該多個(gè)燃料電池部件中的至少一個(gè)的至少一個(gè)表面上沉積水性可交聯(lián)組合物[組合物(c)]；
5、-步驟b)：使該組合物(c)固化，使得通過(guò)其形成密封件；
6、其中該組合物(c)包含：
7、-水性膠乳，該水性膠乳包含至少一種基于偏二氟乙烯(vdf)的氟聚合物[聚合物(a)]的顆粒，該氟聚合物包含衍生自偏二氟乙烯(vdf)以及可選地至少一種不同于vdf的附加的共聚單體的重復(fù)單元；
8、-至少一種堿性化合物[堿(b)]；
9、-至少一種符合式(p-1)至(p-12)中的任一個(gè)的吡啶鎓鹽[鹽(p)]：
10、
11、
12、其中：
13、-每個(gè)j和j’，彼此相同或不同，在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是c-r*或n，其中r*是h或c1-c12烴基；
14、-e是n或具有式c-r°h的基團(tuán)；
15、-z是包含1至12個(gè)碳原子的二價(jià)烴基；
16、-w是鍵或選自由以下組成的組的橋聯(lián)基團(tuán)：包含1至12個(gè)碳原子的二價(jià)烴基(優(yōu)選包含1至6個(gè)碳原子的二價(jià)脂肪族基團(tuán))以及包含1至12個(gè)碳原子的二價(jià)氟碳基團(tuán)(優(yōu)選包含1至6個(gè)碳原子的二價(jià)全氟脂肪族基團(tuán))；
17、-在式(p-11)和(p-12)中用如下符號(hào)描繪的基團(tuán)：
18、
19、表示稠合到吡啶鎓型芳香族環(huán)上的芳香族單核或多核環(huán)，其可以在該一個(gè)或多個(gè)環(huán)中包含一個(gè)或多個(gè)附加的氮原子、可選地季氮原子；
20、-r1h、r2h、r3h、r4h、r5h、r6h、r7h、r8h、r9h、r10h、r11h、r12h、r13h、r14h、r15h、r16h、r17h、r18h、r19h、r20h、r21h、r22h、r23h、r24h、r25h、r26h、r27h、r28h、r29h、r30h、r31h、r32h、r33h、r34h、r35h、r36h和roh中的每一個(gè)，彼此相同或不同，在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是-h或具有下式的基團(tuán)[基團(tuán)(α-h)]：
21、
22、其中ra和rb，彼此相同或不同，獨(dú)立地是h或c1-c6烴基；
23、-y，彼此相同或不同，獨(dú)立地是氧或c1-c12烴基，該烴基可以是脂肪族或芳香族基團(tuán)，該脂肪族或芳香族基團(tuán)可以包含一個(gè)或多于一個(gè)選自n、o、s和鹵素的雜原子；
24、-a(m-)是具有m價(jià)的陰離子；
25、其前提是
26、(i)當(dāng)鹽(p)具有式(p-1)時(shí)，r1h、r2h和r°h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
27、(ii)當(dāng)鹽(p)具有式(p-2)時(shí)，r3h和r4h是基團(tuán)(α-h)；
28、(iii)當(dāng)鹽(p)具有式(p-3)時(shí)，r5h、r6h、r7h和r8h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
29、(iv)當(dāng)鹽(p)具有式(p-4)時(shí)，r9h、r10h、r11h、r12h和r°h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
30、(v)當(dāng)鹽(p)具有式(p-5)時(shí)，r13h、r14h和r°h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
31、(vi)當(dāng)鹽(p)具有式(p-6)時(shí)，r15h、r16h、r17h和r°h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
32、(vii)當(dāng)鹽(p)具有式(p-7)時(shí)，r18h、r19h、r20h、r21h和r°h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
33、(viii)當(dāng)鹽(p)具有式(p-8)時(shí)，r22h、r23h、r24h和r°h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
34、(ix)當(dāng)鹽(p)具有式(p-9)時(shí)，r25h、r26h、r27h和r28h中的至少兩個(gè)是基團(tuán)(α-h)；
35、本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種密封多個(gè)燃料電池部件的方法，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，聚合物(A)包含：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中，該共聚單體(C)是氫化共聚單體[共聚單體(H)]，該氫化共聚單體是不含氟原子的烯鍵式不飽和共聚單體，優(yōu)選選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：乙烯、丙烯、乙烯基單體如乙酸乙烯酯、丙烯酸單體、以及苯乙烯單體像苯乙烯和對(duì)甲基苯乙烯；或者是氟化共聚單體[共聚單體(F)]，該氟化共聚單體是包含至少一個(gè)氟原子的烯鍵式不飽和共聚單體，優(yōu)選選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，聚合物(A)包含衍生自偏二氟乙烯(VDF)以及可能與一種或多于一種氟化共聚單體(F)組合的至少一種親水性(甲基)丙烯酸單體(MA)的重復(fù)單元，其中所述親水性(甲基)丙烯酸單體(MA)符合下式：
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，聚合物(A)選自具有以下組成的氟彈性體(A)(以相對(duì)于氟彈性體的單元的總摩爾數(shù)的mol％計(jì))：
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，具
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該組合物(C)包含每100重量份的聚合物(A)(phr)至少0.1重量份、優(yōu)選至少0.5重量份、更優(yōu)選至少1重量份的量和/或每100重量份的聚合物(A)至多20重量份、優(yōu)選至多15重量份、更優(yōu)選至多10重量份的量的鹽(P)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該堿(B)選自具有下式的非芳香族胺
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟a)中，使用傳統(tǒng)的涂覆施加技術(shù)，如噴涂、浸涂、流延膜、浸漬、絲網(wǎng)印刷，將該組合物(C)以膠乳形式施加在該多個(gè)燃料電池部件中的至少一個(gè)的至少一個(gè)表面上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在該方法的步驟b)中，通過(guò)在約150℃至約400℃范圍內(nèi)的溫度下、優(yōu)選地在低于300℃、更優(yōu)選地低于200℃的溫度下加熱該組合物(C)通過(guò)使其熱交聯(lián)，來(lái)獲得組合物(C)的固化。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該多個(gè)燃料電池組件由雙極板和質(zhì)子交換膜構(gòu)成。
12.一種用于燃料電池部件的密封件，該密封件可通過(guò)固化組合物(C)獲得，所述組合物(C)包含：
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的密封件，其中，組合物(C)中的該至少一種堿性化合物[堿(B)]選自具有下式的非芳香族胺
14.一種燃料電池組件，其包括設(shè)置在燃料電池部件之間的如權(quán)利要求12或13所述的密封件。
15.一種燃料電池堆，其包括多個(gè)如權(quán)利要求14所述的燃料電池組件。
16.一種水性可交聯(lián)組合物[組合物(C1)]，其通過(guò)混合以下獲得：
...【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
1.一種密封多個(gè)燃料電池部件的方法，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，聚合物(a)包含：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中，該共聚單體(c)是氫化共聚單體[共聚單體(h)]，該氫化共聚單體是不含氟原子的烯鍵式不飽和共聚單體，優(yōu)選選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：乙烯、丙烯、乙烯基單體如乙酸乙烯酯、丙烯酸單體、以及苯乙烯單體像苯乙烯和對(duì)甲基苯乙烯；或者是氟化共聚單體[共聚單體(f)]，該氟化共聚單體是包含至少一個(gè)氟原子的烯鍵式不飽和共聚單體，優(yōu)選選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，聚合物(a)包含衍生自偏二氟乙烯(vdf)以及可能與一種或多于一種氟化共聚單體(f)組合的至少一種親水性(甲基)丙烯酸單體(ma)的重復(fù)單元，其中所述親水性(甲基)丙烯酸單體(ma)符合下式：
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，聚合物(a)選自具有以下組成的氟彈性體(a)(以相對(duì)于氟彈性體的單元的總摩爾數(shù)的mol％計(jì))：
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，具有式(p-1)的鹽(p)是具有式(p-1-g)至(p-1-p)中任一個(gè)的那些：
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該組合物(c)包含每100重量份的聚合物(a)(phr)至少0.1重量份、優(yōu)選至少0.5重量份、更優(yōu)選至少1重量份的量和/...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：E·伊瓦，M·范托尼，S·博索羅，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：索爾維特殊聚合物意大利有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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