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质子交换膜燃料电池(PEMFC)将燃料的化学能直接转变成电能,具有能量转换率高、无污染等特点,是一种应用前景非常广阔的能量转换装置。PEM燃料电池需要弹性垫片来密封阳极和阴极的反应气体(氢气和空气或氧气),燃料电池在长时间的运行过程中垫片材料性能的稳定性对燃料电池密封性能和电化学性能至关重要。在燃料电池环境中应用的弹性密封垫片材料要暴露在酸性环境溶液、湿热的空气和氢气环境中以及要具有能承受一定的机械压力的能力。
本文中所用做性能老化的弹性垫片材料为在市场是能够买到的硅橡胶材料,因为硅橡胶价格低并且易于加工使其在密封方面得到了广泛的应用,也包括在燃料电池堆环境中的密封;对硅橡胶暴露在高低温环境、Fenton试剂中以及模拟燃料电池环境的酸性溶液中的性能退化情况。研究硅橡胶暴露在各个老化环境中的性能退化情况和硅橡胶的老化机制,主要获得以下结果:
(1)在高低温加湿环境中的老化实验中的结果显示,在低温时硅橡胶的性能退化较小,而在高温时随着温度的升高硅橡胶性能退化增大,并且湿热的环境硅橡胶性能退化最为严重。三种硬度硅橡胶的比较可以知道硬度30的硅橡胶的退化最大,硬度50的硅橡胶性能最为稳定,说明硬度高的硅橡胶耐老化性能较优。
(2)在Fenton试剂的老化实验中显示随着羟基自由基的增加硅橡胶的性能退化加剧,在硅橡胶表面出现了较多的孔洞,说明羟基自由基的增多加剧了硅橡胶主链的断裂降解和侧链的氧化降解。
(3)在模拟燃料电池环境的溶液中的老化结果可以知道酸对硅橡胶的老化影响较大,酸性越大硅橡胶的性能退化越大,在弱酸中性能退化较小,耐久性较好。三种硬度中的比较可以知道硬度高的硅橡胶的性能退化较少,说明硬度大的硅橡胶在燃料电池环境中的耐久性较好。