? ?? 盡管PEM電解堆與燃料電池電堆在結構、內部環境等存在較大的相似性，如數百單元堆疊、高氧氣含量、高濕度、酸性環境等，但對密封來講，PEM電解堆存在更大的挑戰性，其陽極更高電位（1.5-2.0V甚至更高）、大量液態水（數十至數百倍反應水量）、更大的組裝力，均對密封方式、材質和結構提出了更高的要求。

一、主流廠商密封壓力

表1 國內外主流廠商陰極氫側操作壓力

二、密封原理及要求

三、密封材質

????? PEM電解堆密封通常屬于靜力學密封中的墊密封，在壓緊力作用下，墊片自身產生彈性和塑性變形，填塞密封面間間隙，達到密封的目的。在密封領域，如表2所示，可用于密封的材料眾多，但PEM電解堆對密封材質有較高要求：

• ??? 絕緣

• ??? 高耐氧化，長時間處于高電位及氧氣環境；

• ??? 高耐酸性，PEM堆中pH通常在1-4左右；

• ??? 耐溫性＞120℃以上；

• ??? 耐水解，長期處于飽和水氣環境；

• ??? 溶出物對膜及催化劑影響小；

• ??? 密封性及耐疲勞性，PEM堆運行時熱膨脹及壓力變化；

表2 密封材料分類

??? 當前在PEM中采用的墊片類型主要有硅橡膠、氟橡膠、三元乙丙橡膠、聚四氟乙烯及相應改性墊片。其中，硅橡膠在燃料電池中應用廣泛，具有改性方便、成本低、易于粘接等優勢，但其主鏈Si-O-Si及側鏈Si-CH₃容易斷裂，在水中穩定性不足。氟橡膠穩定性、機械性能都較為優異，是較為理想的PEM電解堆材料，當然現在也存在粘接困難、成型工藝復雜、成本高等問題，限制了其大范圍的使用。三元乙丙橡膠在機械性能與耐老化方面稍遜氟橡膠，但成型工藝較為簡單，在各廠商中有廣泛應用。聚四氟乙烯屬于塑料密封墊片，性質穩定，一般需設計造型或配合接觸面造型來實現密封。如下表3所示。

表3 氟塑料密封圈的種類、工作條件及應用特點

四、主流廠商密封結構設計

• ?? （1）橡膠墊片+底涂膠+溝槽

• 

圖1 密封結構一

關鍵設計點：橡膠墊壓縮量、壓縮率、填充率；

??????????????????????? 底涂膠涂覆厚度與寬度；

?????????????????????? ?底涂膠定位精度及粘附力。

• ?? （2）橡膠墊+底涂膠+限位塊

圖2 密封結構二

關鍵設計點：橡膠墊壓縮量、壓縮率；

??????????????????????? 底涂膠涂覆厚度與寬度；

??????????????????????? 底涂膠定位精度及粘附力；

??????????? 限位塊高度。

• ?? （3）一體注塑橡膠+溝槽

• 

圖3 密封結構三

關鍵設計點：橡膠墊壓縮量、壓縮率；

??????? ? ? ? ? ? ? ? ? 橡膠注塑工藝。

• ?? （4）一體注塑橡膠+限位塊

圖4 密封結構四

關鍵設計點：橡膠墊壓縮量、壓縮率；

??????? ? ? ? ? ? ? ? ? 橡膠注塑工藝；

????? ? ? ? ? ? ? ? ??? 限位塊高度。

• ?? （5）塑料墊片+止水線

圖5 密封結構五

關鍵設計點：塑料墊片機械性能；

??? ? ? ? ? ? ?? ????? 止水線結構；

?????? ? ? ? ? ? ?? ?? 止水線與塑料墊片高度匹配。

圖6 雙峰式密封結構

表4中各種不同造型橡膠墊片，

表4 橡膠墊片的造型、特點和應用

也可以采用一種密封方式多級串聯或多種密封方式并用的組合密封方式（圖7），總之，設計密封結構時應綜合考慮密封效果、工藝難度、裝配難度、成本及維修的方便性等。

圖7 組合密封

??注：由于作者水平有限，僅代表個人觀點，如有錯誤請多指正。

原文始發于微信公眾號（PEM水電解）：【干貨】PEM電解堆高壓密封技術詳解