鎖緊螺栓對PEMFC電堆雙極板熱力變形影響的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）可以在室溫下快速啟動(dòng)、水易排出、無電解液流失，具有功率密度大、噪聲小、無腐蝕、壽命長、能量轉(zhuǎn)化效率高以及安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊，市場潛力巨大，對經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級均有重要意義。不僅可用于建設(shè)固定的發(fā)電站，也適用于用作可移動(dòng)的動(dòng)力源，更是電動(dòng)汽車和不依靠空氣推進(jìn)潛艇的理想候選電源。PEMFC電堆通常是用

2、螺栓-螺母以一定的預(yù)緊力將幾十甚至上百個(gè)單電池串聯(lián)疊加起來，由于受到端板上螺栓預(yù)緊力以及工作溫度的共同作用，各組件的應(yīng)力分布不均勻而產(chǎn)生一定程度的翹曲變形現(xiàn)象，導(dǎo)致燃料電池出現(xiàn)一系列意想不到的問題。因此，PEMFC封裝技術(shù)的好與壞將會(huì)直接影響燃料電池的性能。
　　本文首先綜述了燃料電池的發(fā)展歷史，簡要闡述了PEMFC的組成及其工作原理，分析了PEMFC封裝的特點(diǎn)及其研究進(jìn)展情況，并介紹了PEMFC的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型及其相關(guān)的五個(gè)

3、基本控制方程。以有限元理論為基礎(chǔ)，采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合等方法，以PEMFC單電池為研究對象，通過有限元模擬了PEMFC單電池穩(wěn)定工作前后的變形分布情況，分析了燃料電池各組件產(chǎn)生翹曲變形現(xiàn)象的主要原因，得出了溫度載荷的作用可以抵消一部分應(yīng)力產(chǎn)生的變形。
　　其次，分析了1~4級PEMFC電堆極板的最大及最小位移變形，得出電堆級數(shù)為奇數(shù)時(shí)燃料電池的性能會(huì)更好一些；極板的最大位移會(huì)隨PEMFC級數(shù)的增加先變小后變大，且二級電堆的

4、最大位移最?。辉?~4級PEMFC電堆中，三級電堆的性能最好。
　　再次，以三級PEMFC電堆為研究對象，研究了螺栓鎖緊力大小、螺栓布局以及螺栓鎖緊順序?qū)θ剂想姵貥O板變形的影響規(guī)律，對比分析了PEMFC的總體位移云圖以及極板沿給定三條路徑在 Z方向上的絕對位移曲線圖，計(jì)算了極板上沿給定路徑的位移翹曲度，并由此得出了采取在端板螺栓孔上施加3.8MPa的鎖緊力、使用四個(gè)螺栓第二種位置分布并采用縱向鎖緊法的最優(yōu)組合封裝方案來封裝PEMF