燃料电池汽车储氢系统的密封性能是决定整车安全的关键性能，也是保障氢燃料电池汽车整车安全最为重要的技术性能指标之一。

 

1.氢能行业背景及现状

 

我国具有富煤、少气、缺油的资源禀赋特点，石油、天然气对外依存度高。在能源问题和全球气温问题严峻形势下，中国提出“碳达峰、碳中和”的目标，大力发展清洁能源。国家发改委、国家能源局联合发布《2021-2035年氢能产业发展中长期规划》，明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略地位。氢能产业已迎来快速发展期。2030年氢燃料电池车预计销量可达49万辆，年复合增长率80%，加氢站保有量5000座，年均复合增长率超过40%。可再生资源制氢得到广泛应用，可再生能源制氢量达到 10-20 万 吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排100-200 万吨/年。

 

国家发改委、国家能源局联合发布《2021-2035年氢能产业发展中长期规划》，明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略地位、总体要求和发展目标，对我国氢能产业高质量发展发挥重要指导作用。

 

2.橡胶密封在氢能产业的应用

 

橡胶密封件广泛应用于制氢、储氢、输氢、加氢、用氢等氢能产业链的各个环节。密封件虽小，却往往是薄弱环节。近几年发生的氢气泄漏爆炸事故表明，氢能装备密封失效导致的氢气泄漏爆炸是国内外氢能产业发展面临的共同挑战。

 

氢能装备典型密封部件及材料

 

常用密封部件分类

 

橡胶材料是氢能装备典型密封部件应用最多的密封材料。

 

3.氢系统中橡胶密封的特性

 

1、氢传输特性

 

氢分子极易溶解进入橡胶内部，并进行不同速率的扩散运动。这一过程定义为氢在橡胶中的传输过程。

 

2、氢致鼓泡特性

 

氢气快速泄压后橡胶密封材料内部发生的气泡等损伤现象。

 

3、吸氢膨胀特性

 

溶解氢分子进入橡胶内部而导致的橡胶体积膨胀，通常采用橡胶在氢暴露前后的体积变化率对橡胶吸氢膨胀特性进行定量评价。

 

4、力学性能（拉伸、压变、抗疲劳）

 

5、摩擦磨损特性

 

橡胶密封材料与其他部件发生相对运动时，橡胶材料的耐磨性。

 

6、耐热性

 

氢系统用压缩机的工作温度最高可达 250℃ ，这对橡胶密封材料的耐热性提出较高要求。

 

7、耐寒性

 

储氢瓶加注氢气时，需对输送至储氢瓶的氢气进行冷却，此过程中加注温度最低可达 -40℃ 。因此要求橡胶密封材料具备良好耐寒性

 

4.典型橡胶密封材料的选用

 

典型橡胶密封材料主要包括丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶以及硅橡胶等。此外，聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等材料是氢系统密封件及挡圈常用的橡塑材料。

 

 

5.密封材料的性能测试

 

材料在气态氢中的相容性：基于SAE J2600、CHMC2和ISO17268等关键标准，但扩展到了行业为应对挑战性应用所需的工业对挑战性应用所需的氢气特定压力和温度。

 

材料的渗透性：客户经常会要求进行渗透测试，它对不同材料的长期性能提供了良好的比较指标。这是一个有用的衡量标准，需要与其他验证数据一起考虑，以便全面了解给定应用中的整体密封性能。

 

验证测试：最终验证源于在氢气应用的典型真实压力和温度下进行多循环测试，对O形圈形式的材料进行分析。（包括表面光洁度、公差、间隙和凹槽填充等）中，能够提供已知水平的可靠性能。

 

6.典型橡胶密封材料的选用

 

氢燃料电池电堆涉及冷却水循环和反应气体的传输，密封件的性能好坏直接影响发电效率及寿命，一旦一个密封件失效，整个电堆密封系统失效，是保证电堆可靠稳定运行的核心零部件。

 

氢气的固有特性使其成为最难密封的元素之一。因为它具有任何元素中最小和最轻的分子结构，所以氢气渗透到密封件中以及密封件周围的均匀泄漏都可能是一个潜在的重大问题。

 

其次，如果密封不当，则氢气可能会发生快速气体减压（RGD）。在高压系统中，微小的氢分子会被密封件吸收，如果系统中的压力被突然释放，则密封件中积聚的气体会发生膨胀，当气体试图逸出时，可能会导致密封件起泡和破裂。

 

参考资料：氢能装备橡胶密封技术、氢能行业报告、氢能产业密封报告

来源：Internet

关键词： 氢能橡胶密封材料