KRICT发明采用氮化硼纳米片的新型垫片可提高氢燃料电池的安全性

盖世汽车讯 据外媒报道，韩国化学技术研究院Keun-Hwan Oh博士领导的研究团队开发出新型垫片技术，成功地将功能化的二维氮化硼纳米片(BNNF)应用于硅橡胶和乙丙橡胶(EPDM)基密封垫片，通过同时提高机械强度和气密性，增强了聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和水电解槽(PEMWE、AEMWE)——氢气生产和利用的核心设备——的安全性和效率。

这种新开发的纳米复合垫片展现出优异的机械强度、氢气阻隔性能以及化学和热稳定性。

该研究成果以《通过功能化二维氮化硼纳米片的C-C偶联增强聚合物电解质膜燃料电池和水电解槽密封垫的性能和耐久性》为题发表在期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》上。

在氢能系统中，垫片在密封反应气体和防止氢气在电堆内泄漏方面发挥着至关重要的作用。垫片性能的下降会降低系统效率，甚至造成严重的安全隐患。

虽然氟橡胶基垫片具有很高的耐久性，但其高昂的成本和与PFAS相关的环境限制限制了其广泛应用。相比之下，EPDM和硅橡胶材料价格更低、易于加工，但其氢气阻隔性和耐化学性较差。

为了克服这些缺点，KRICT团队利用1-芘甲基丙烯酸酯对氮化硼纳米片进行功能化，实现了纳米填料与聚合物链之间的C-C偶联。该策略形成了一个高密度交联网络，最大限度地发挥了氢扩散的“迷宫效应”，即使在严苛的操作条件下也能保持结构稳定性。

在酸性和碱性条件下进行的长期化学耐久性测试中，EPDM纳米复合材料的重量损失分别仅为6.6%和3.8%，而硅酮复合材料的降解程度极低，分别为0.2%和2.1%。

电池性能评估证实，与商用垫片相比，两种纳米复合材料垫片均能提供同等或更优的电流密度，确保均匀的内部压力分布并降低电极间的接触电阻。

这项突破性进展不仅限于机械增强，它还同时提升了气体阻隔性、耐化学性和电化学性能，为氢能系统提供了一种可行的非氟化替代方案。

这项技术有望加速氢燃料电池汽车、发电堆和大型水电解系统的早期商业化进程。

Oh博士表示:“这项研究为高性能硅基垫片的国产化奠定了基础，此前这些密封件一直依赖进口。”

KRICT院长Young-Kuk Lee博士补充道:“通过开发不含全氟烷基和多氟烷基物质的高耐久性密封材料，我们既能满足环保要求，又能提高安全性。”