一种提高电堆绝缘性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高电堆绝缘性能的方法，通过在电堆封装壳体内表面形成一种具有超疏水功能的微纳结构涂层，当水蒸气冷凝析出后在涂层表面形成水球，水球通过电堆壳体上的吹扫入口空气或者在交通工具运行过程中的振动而发生滚动，并通过电堆壳体上的排水口排出，不形成导电水膜，从而提高电堆绝缘性能。从而提高电堆绝缘性能。从而提高电堆绝缘性能。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电堆绝缘性能的方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种提高电堆绝缘性能的方法。

技术介绍

[0002]近几年氢燃料电池产业化进程加速，燃料电池在车辆、储能电站、船舶等领域得到日益广泛的应用。
[0003]燃料电池电堆在交通、储能等领域的应用往往需要将数百片单体电池串联设计，因此在燃料电池电堆在运行过程中，堆芯中的水蒸气存在因渗漏、压差扩散等原因进入电堆封装壳体中的现象。由于电堆封装壳体直接与外界环境接触，当渗漏或扩散出堆芯的水蒸气与封装壳体内表面接触后，水蒸气一方面因为壳体内壁温度低于水蒸气本身温度而冷凝，另一方面，因为水蒸气气体分子运动受到封装壳体阻挡而动能降低，在壳体内壁析出。冷凝和析出的液态水分子在金属壳体内表面形成水膜，当堆芯其他带电部件与壳体通过水膜导通后，会显著降低电堆电绝缘性能，造成燃料电池发动机无法起动或者带来潜在的高压电电安全风险。
[0004]中国专利CN201210425764提出一种防止燃料电池电堆封装箱内结露的电堆封装板，包括吸水层、支撑层和保温层，其中保温层设置有电加热组件，即需要消耗电能保持封装箱体不结露，在遇到温度骤变时仍有可能出现水蒸气冷凝析出，在吸水层吸水饱和后仍有可能形成水膜，无法充分保障电堆安全。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种提高电堆绝缘性能的方法，无寄生能耗且能够及时排出水蒸气冷凝水。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种提高电堆绝缘性能的方法，
[0007]燃料电池电堆包括堆芯、电堆壳体、吹扫入口、吹扫出口、功能涂层；所述堆芯设置在电堆壳体内，所述吹扫入口和吹扫出口设置在电堆壳体上并与电堆壳体内部连通；所述功能涂层设置在电堆壳体的内壁上。
[0008]所述电堆壳体上还设有排水口，所述排水口设置在电堆壳体的底部。
[0009]所述功能涂层制备方法包括如下步骤：
[0010]1)溶胶制备；
[0011]2)有机氟硅烷修饰；
[0012]3)电堆壳体内表面前处理；
[0013]4)涂层制备。
[0014]上述第1)步中，将乙酸和无水乙醇或异丙醇与正硅酸乙酯按照体积比1:0.2～0.4:3～5混合并于25～60℃下搅拌60～90min，磁力搅拌速度为150～300r/min，反应结束后得到SiO2粒径为180～260nm的溶胶溶液一；将乙酸和无水乙醇或异丙醇与正硅酸乙酯按
照体积比1:0.3～0.55:7～9.6混合并于50～60℃下搅拌60～80min，磁力搅拌速度为300～500r/min，反应后得到均匀的SiO2粒径为60～90nm的溶胶溶液二。
[0015]上述第2)步中，在磁力搅拌速度为150～300r/min的条件下，将溶胶溶液二导入溶胶溶液一混合，混合时间5～15min，然后按照混合溶液总量的0.5wt％～2wt％滴入有机氟硅烷，继续搅拌2～4h，得到有机氟硅烷修饰的纳米SiO2溶胶溶液。
[0016]上述第3)步中，首先对电堆封装壳体内表面进行脱脂处理，脱脂溶剂采用乙醇、异丙醇、丙酮、汽油等溶剂中的一种或多种，之后采用脱脂棉布擦拭后采用36#～120#刚玉进行喷砂处理。
[0017]上述第4)步中，采用擦涂、喷涂、辊涂或刷涂等方式在经过喷砂处理的电堆封装壳体表面涂覆有机氟硅烷修饰的纳米SiO2溶胶溶液，涂覆后干燥，得到具有疏水功能的电堆壳体。
[0018]上述第4)步中，干燥采用自然干燥12～24h，或者在80～100℃下干燥处理15～30min。
[0019]所述电堆壳体的水接触角≥150
°
@10μl；所述堆芯中氢燃料与氧化剂空气发生电化学反应生成电能；所述电堆壳体包括下箱体和上盖板，电堆壳体材质包括不锈钢、铝合金、GFRP、CFRP材料。
[0020]使用过程为：燃料电池运行过程中，在电堆壳体中冷凝析出的液态水在功能涂层表面呈球形状态，在压缩空气通过吹扫入口和吹扫出口之间流动时，带动电堆壳体中的气体流动，或者在交通工具运行过程中发生振动而带动球状水滴发生滚动，当其运动路径经过排水口时得到泄放，电堆壳体保持干燥状态。
[0021]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，通过在燃料电池电堆封装壳体内表面进行超疏水功能涂层设计，可有效地将电堆运行过程中水蒸气冷凝析出后形成球状水滴，不会在内表面粘附或形成连续水膜，从而提高电堆绝缘性。无需额外的加热及吸水装置，操作简单，功能易实现。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中提供的提高电堆绝缘性能的方法的燃料电池电堆的结构示意图；
[0023]图2为图1的燃料电池电堆的结构示意图；
[0024]上述图中的标记均为：1、壳体；4、吹扫入口；5、功能涂层；6、排水口；7、球状水滴。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例一：
[0027]参见图1～2，本实施例提供一种无寄生能耗且能够及时排出冷凝水的高绝缘性电堆封装技术，具体由堆芯1、电堆壳体2、吹扫入口3、吹扫出口4、功能涂层5、排水口6等组成。
堆芯设置在电堆壳体内，吹扫入口和吹扫出口设置在电堆壳体上并与电堆壳体内部连通；功能涂层设置在电堆壳体的内壁上。电堆壳体上还设有排水口，排水口设置在电堆壳体的底部。
[0028]堆芯为氢燃料与氧化剂空气发生电化学反应直接生成电能的发电场所。
[0029]吹扫入口是为了向电堆封装壳体中鼓入新鲜空气，并通过吹扫出口带走一定量的水蒸气和稀释可能泄漏出来的氢气。
[0030]排水口是为了排放电堆壳体中冷凝析出的液态水而设计于电堆壳体底部的泄放口。
[0031]其工作原理及作用效果如下：
[0032]1)溶胶制备：
[0033]将乙酸、无水乙醇与正硅酸乙酯按照体积比1:0.4:5混合并于60℃下搅拌90min，磁力搅拌速度为300r/min，反应结束后得到SiO2粒径为180～260nm的溶胶溶液一；将乙酸、无水乙醇与正硅酸乙酯按照体积比1:0.55:9.6混合并于60℃下搅拌80min，磁力搅拌速度为500r/min，反应后得到均匀的SiO2粒径为60～90nm的溶胶溶液二。
[0034]通过控制各组分比例、反应条件，制备粒径可控SiO2溶胶。
[0035]2)有机氟硅烷修饰：
[0036]在磁力搅拌速度为300r/min的条件下，将溶胶溶液二缓缓导入溶胶溶液一混合，混合时间15min，然后按照混合溶液总量的2wt％滴入有机氟硅烷，继续搅拌4h，得到有机氟硅烷修饰的纳米SiO2溶胶溶液。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高电堆绝缘性能的方法，其特征在于，燃料电池电堆包括堆芯、电堆壳体、吹扫入口、吹扫出口、功能涂层；所述堆芯设置在电堆壳体内，所述吹扫入口和吹扫出口设置在电堆壳体上并与电堆壳体内部连通；所述功能涂层设置在电堆壳体的内壁上。2.如权利要求2所述的提高电堆绝缘性能的方法，其特征在于，所述电堆壳体上还设有排水口，所述排水口设置在电堆壳体的底部。3.如权利要求2所述的提高电堆绝缘性能的方法，其特征在于，所述功能涂层制备方法包括如下步骤：1)溶胶制备；2)有机氟硅烷修饰；3)电堆壳体内表面前处理；4)涂层制备。4.如权利要求3所述的提高电堆绝缘性能的方法，其特征在于，上述第1)步中，将乙酸和无水乙醇或异丙醇与正硅酸乙酯按照体积比1:0.2～0.4:3～5混合并于25～60℃下搅拌60～90min，磁力搅拌速度为150～300r/min，反应结束后得到SiO2粒径为180～260nm的溶胶溶液一；将乙酸和无水乙醇或异丙醇与正硅酸乙酯按照体积比1:0.3～0.55:7～9.6混合并于50～60℃下搅拌60～80min，磁力搅拌速度为300～500r/min，反应后得到均匀的SiO2粒径为60～90nm的溶胶溶液二。5.如权利要求4所述的提高电堆绝缘性能的方法，其特征在于，上述第2)步中，在磁力搅拌速度为150～300r/min的条件下，将溶胶溶液二导入溶胶溶液一混合，混合时间5～15min，然后按照混合溶液总量的0.5wt％～2wt％滴入有机氟硅烷，继续搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘陈兵，陈大华，张志辉，奚小雨，高冀，王艳，
申请(专利权)人：安徽瑞氢动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：