质子交换膜燃料电池堆端板优化设计与抗冲击性能分析

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1、大连理工大学硕士学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IAbstract⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯II1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1燃料电池技术概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l1．2质子交换膜燃料电池⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．3本文研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．52

2、质子交换膜燃料电池堆封装优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72．1质子交换膜燃料电池堆封装载荷优化的研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一72．1。1最优封装载荷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72．1．2封装压力均匀化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．92．2钢带封装燃料电池端板优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2．1端板轮廓选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．2．2二维端板拓扑优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．2．3摩擦系数对装配后性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯172．2．4三维端板拓扑优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯182．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193燃料电池堆冲击载荷作用下的破坏机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1建立计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1．1建立几何装配体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1．2材料等效与建立有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯213．2有限元计算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯263．2．1装配计算结果与封

4、装带位置的讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯263．2．2动力冲击下电池堆的整体变形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．2．3动力冲击下电池单元的变形与层间滑动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．2．4层问滑动的临界冲击加速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯323．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33结j沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34未来工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．35参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36附录ADRESP3接口程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．，4l攻读硕士学位期间发表学术论文情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45质子交换膜燃料电池堆端板优化设计及抗冲击性能研究致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46大连理工大学学位论文版权使用授权书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．47大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1燃料电池技术概述燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能高效无污染的转化为电能的反应装置(图

6、1．1)，它主要由阴极、阳极、电解质隔膜组成。阴极的主要作用是还原氧化剂，阳极主要是为了氧化燃料，电解质隔膜主要用于分离氧化剂和燃料并实现离子传导。燃料电池技术的发展起源于19世纪，1802年英国化学家Davy提出一种电池结构，发现这种装置可以产生轻微电流，由此展开了人们对于燃料电池的研究。1838年，瑞士学者Schonbein对燃料电池的基本原理进行了详细阐述。1839年，英国科学家Grove制造出世界上第一个燃料电池，当时被称为“气体电池”，其电极材料为镀制的铂，氢气为燃料，氧气作为氧化剂。1889年，德国Mond与英国La

7、nger两位化学家正式提出“燃料电池”这个概念。进入20世纪，由于内燃机技术发展迅猛，水利发电、火力发电等传统发电方式也高速发展和进步，燃料电池则主要由于概念不清，材料与原理难题，成本高等原因，一直处于理论和应用的基础研究阶段，发展相当缓慢，迟迟不能进入市场应用领域。直到1950年，美国科学家Bacon采用多孔气体扩散电极制备了培根型碱性燃料电池，公开示范了一组燃料电池的操作。美国太空总署并于1950年代后期决定用碱性燃料电池(AlkalineFuelCell，AFC)为其太空计划的动力源，由此燃料电池技术重新获得人们的巨大关注

8、。1960年代后期和1970年早期，碱性燃料电池被送上月球，由此进入实际应用的时代。1970年代，燃料电池概念扩大相继出现磷酸型燃料电池(PhosphoricAcidFuelCell，PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MoltenCarbonateFuelCell