封裝壓力對(duì)直接甲醇燃料電池性能影響研究.pdf

1、封裝壓力對(duì)直接甲醇燃料電池(DMFC)部件的機(jī)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(diǎn)問題之一。本文圍繞“封裝壓力對(duì)DMFC性能影響”這一目標(biāo)展開研究，通過搭建DMFC封裝壓力測(cè)控平臺(tái)，用實(shí)驗(yàn)方法研究了封裝壓力對(duì)氣體擴(kuò)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(duì)DMFC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組件特性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)、加工了滿足DMFC封裝要求的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。詳細(xì)介紹了該平臺(tái)

2、的結(jié)構(gòu)原理，并著重對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)選擇、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了研究。對(duì)該平臺(tái)的使用精度進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該平臺(tái)位移測(cè)量精度和壓力測(cè)量精度分別為±4μm、±0.6kg，滿足DMFC封裝和測(cè)試中對(duì)壓力、位移的測(cè)控要求。 在對(duì)DMFC所使用的GDL材料(碳紙)進(jìn)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(dá)式。在研制的封裝壓力測(cè)控平臺(tái)上測(cè)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)擬合。結(jié)果顯示數(shù)學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間能夠很好地吻合，可以用于計(jì)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(cè)控平臺(tái)上設(shè)計(jì)了一種用于GDL本體電阻、GDL-不銹鋼接觸電阻測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，研究了封裝壓力對(duì)DMFC歐姆電阻的影響。通過所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)成負(fù)指數(shù)關(guān)系。 根據(jù)研究需要，設(shè)計(jì)了特殊結(jié)構(gòu)的DMFC甲醇腔、流場板和實(shí)驗(yàn)夾具，在自行研制的封裝壓力測(cè)控平臺(tái)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(gè)最佳封裝壓力使DMFC輸出性能達(dá)到最高，在本論文試驗(yàn)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(gè)相反的方面對(duì)DMFC輸出性能產(chǎn)