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)多個工序制造,過程中會不可避免的產(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)散層的接觸對于在降低成本的同時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)行試驗驗證,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算的弧面結(jié)構(gòu)對改善金屬雙極板與氣體擴(kuò)散層的接觸作用不明顯。