質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板剛度及接觸應(yīng)力研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板是其核心部件之一,雙極板的性能優(yōu)劣直接影響電池的輸出功率和使用壽命。由于金屬材料具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高、易加工和成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為應(yīng)用最多的質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板材料。沖壓加工的金屬雙極板剛度不足,成形后易受殘余應(yīng)力的影響發(fā)生翹曲變形,導(dǎo)致流場區(qū)脊部與氣體擴(kuò)散層接觸不良,降低燃料電池的性能;金屬雙極板經(jīng)多個(gè)工序制造,過程中會(huì)不可避免的產(chǎn)生尺寸誤差并累積,金屬雙極板的尺寸誤差會(huì)影響其與氣體擴(kuò)散層的接觸。提

2、高金屬雙極板的剛度和改善其與氣體擴(kuò)散層的接觸對(duì)于在降低成本的同時(shí)提高燃料電池的性能有重大意義。
　　 本文提出了一種質(zhì)子交換膜燃料電池的弧面結(jié)構(gòu)金屬雙極板,對(duì)比了這種弧面金屬雙極板與普通金屬雙極板的剛度和與氣體擴(kuò)散層的接觸性能,并從金屬雙極板與氣體擴(kuò)散層接觸的角度設(shè)計(jì)了金屬雙極板的流道結(jié)構(gòu)和尺寸公差。本文所做的主要工作包括:
　　 通過用有限元方法對(duì)比無流道特征的普通金屬薄板和弧面金屬薄板的剛度,及進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)弧面

3、金屬薄板的剛度和抗變形能力大于普通金屬薄板。同理,通過用有限元方法對(duì)比普通金屬極板和弧面金屬極板的剛度,可知弧面結(jié)構(gòu)有利于提高金屬雙極板的剛度和抗變形能力。
　　 建立帶有加工尺寸誤差的普通和弧面金屬雙極板與氣體擴(kuò)散層接觸的參數(shù)化有限元模型,通過用蒙特卡羅模擬法研究金屬雙極板與氣體擴(kuò)散層的接觸,及對(duì)比普通金屬雙極板和弧面金屬雙極板的模擬結(jié)果,得知以此二維有限元模型計(jì)算的弧面結(jié)構(gòu)對(duì)改善金屬雙極板與氣體擴(kuò)散層的接觸作用不明顯。