质子交换膜燃料电池双极板与气体扩散层接触压力测量与模拟-13

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1、第３６卷第４期南京工业大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．４２０１４年７月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＴＥＣＨＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊｕｌｙ２０１４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２０１４．０４．０１３质子交换膜燃料电池双极板与气体扩散层接触压力测量与模拟刘永昌，奚天鹏，谈金祝，范留飞，张旭，周靖，韩雪梅（南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１１８００）摘要：质子交换膜（ＰＥＭ）燃料电池的组装力和工作温度对双极板与气体扩散层（ＧＤＬ）之间的接触压力有着重要影响，而双极板与气体扩散层之间接触压力的大小与分布对

2、燃料电池的电化学性能至关重要。基于有限元软件ＡＢＡＱＵＳ开发了ＰＥＭ燃料电池预紧力温度顺序耦合程序，预测得到了不同螺栓预紧力和温度下双极板与气体扩散层间接触压力的大小和分布。有限元分析结果表明：接触压力随预紧力的增大而增大；燃料电池的工作温度对双极板与气体扩散层之间的接触压力有重要影响，接触压力随温度的升高而增大。采用压力传感膜技术试验测试了双极板与ＧＤＬ之间的接触压力大小与分布，试验结果与模拟结果吻合较好。关键词：质子交换膜燃料电池；双极板；气体扩散层；接触压力中图分类号：ＴＫ９１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－７６２７（２０１４）０４－００６９－０５Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｓｉｍ

3、ｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅａｎｄｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｌａｙｅｒｉｎＰＥＭｆｕｅｌｃｅｌｌＬＩＵＹｏｎｇｃｈａｎｇ，ＸＩＴｉａｎｐｅｎｇ，ＴＡＮＪｉｎｚｈｕ，ＦＡＮＬｉｕｆｅｉ，ＺＨＡＮＧＸｕ，ＺＨＯＵＪｉｎｇ，ＨＡＮＸｕｅｍｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｓｅｍｂｌｙｆｏｒｃｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅ（

4、ＰＥＭ）ｆｕｅｌｃｅｌｌｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅａｎｄｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｌａｙｅｒ（ＧＤＬ），ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｉｔｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ⁃ｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＰＥＭｆｕｅｌｃｅｌｌ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｃｏｕｐｌｅｄｆｏｒｃｅ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）ｗａｓｕｓｅ

5、ｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅＧＤＬｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅｓａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．ＴｈｅＦＥＭｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅ，ａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅＰＥＭｆｕｅｌｃｅｌｌａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅＧＤＬ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａ

6、ｔｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｐｒｅｓｓｕｒｅｆｉｌｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅＧＤＬ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅＦＥＭｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌ；ｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅ；ｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｌａｙｅｒ；ｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓ

7、ｕｒｅ［１］质子交换膜（ＰＥＭ）燃料电池由于其高能量密携式电源和汽车的理想动力能源。降低成本以度、高效率和零排放等特点将会成为家庭电力、便及提高ＰＥＭ燃料电池的性能受到了广大研究者的收稿日期：２０１３－０９－２４基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２００９３６２）；国家自然科学基金（５１１７５２４１）作者简介：刘永昌（１９８５—），男，河北威县人，硕士，主要研究方向为新能源技术与装备；谈金祝（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：