封裝壓力對直接甲醇燃料電池性能影響研究.pdf

1、封裝壓力對直接甲醇燃料電池(DMFC)部件的機械性能、電化學(xué)特性、接觸特性和密封效果等有很大影響，是目前DMFC研究中的熱點問題之一。本文圍繞“封裝壓力對DMFC性能影響”這一目標(biāo)展開研究，通過搭建DMFC封裝壓力測控平臺，用實驗方法研究了封裝壓力對氣體擴散層(GDL)壓縮彈性模量、DMFC歐姆電阻和輸出性能的影響等問題。 通過對DMFC結(jié)構(gòu)特點、組件特性進行分析，設(shè)計、加工了滿足DMFC封裝要求的綜合實驗平臺。詳細介紹了該平臺

2、的結(jié)構(gòu)原理，并著重對導(dǎo)向機構(gòu)選擇、傳動機構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了研究。對該平臺的使用精度進行了理論分析和實驗驗證，結(jié)果表明該平臺位移測量精度和壓力測量精度分別為±4μm、±0.6kg，滿足DMFC封裝和測試中對壓力、位移的測控要求。 在對DMFC所使用的GDL材料(碳紙)進行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種GDL應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)了其壓縮彈性模量表達式。在研制的封裝壓力測控平臺上測量得到了日本TORAY公司生產(chǎn)的TGP

3、-H-060型碳紙的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并用建立的數(shù)學(xué)模型對實驗結(jié)果進行了數(shù)據(jù)擬合。結(jié)果顯示數(shù)學(xué)模型與實驗結(jié)果之間能夠很好地吻合，可以用于計算任意應(yīng)變下GDL的壓縮彈性模量。 結(jié)合金屬薄層濺射方法，在研制的封裝壓力測控平臺上設(shè)計了一種用于GDL本體電阻、GDL-不銹鋼接觸電阻測量的實驗方法，研究了封裝壓力對DMFC歐姆電阻的影響。通過所設(shè)計的實驗方法測量得到了TGP-H-060型碳紙本體電阻率以及其與316L不銹鋼之間的接觸電阻率。

4、實驗結(jié)果表明，GDL本體電阻率隨著壓縮量的增加線性減小，GDL與不銹鋼之間的接觸電阻率和接觸面壓強成負指數(shù)關(guān)系。 根據(jù)研究需要，設(shè)計了特殊結(jié)構(gòu)的DMFC甲醇腔、流場板和實驗夾具，在自行研制的封裝壓力測控平臺上研究了封裝壓力與DMFC極化特性曲線、功率曲線之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，存在一個最佳封裝壓力使DMFC輸出性能達到最高，在本論文試驗中這一封裝壓力為1.6MPa；封裝壓力通過內(nèi)電阻和傳質(zhì)特性兩個相反的方面對DMFC輸出性能產(chǎn)