金属双极板形状误差对质子交换膜燃料电池GDL接触压力分布的影响研究

摘要

质子交换膜燃料电池由于其功率密度高、零污染、启动快等优点,被认为是未来理想的能源转换装置.双极板作为关键组件,在燃料电池的运行中承担着关键作用.其中,金属双极板在机械性能、热传导性,功率密度和制造成本等方面的优势,使其成为传统石墨双极板的最有效替代者.然而,在金属双极板的制造过程中,冲压成形造成的回弹以及焊接过程中的热应力,使最终的双极板不可避免地出现形状误差.本文通过接触压力波动分析和响应面方法建立了形状误差和气体扩散层(GDL)表面接触压力分布之间的关系.采用304SS超薄板制造了金属双极板,并且建立了形状误差的评价方法.对两种不同的极板样品和GDL进行了电堆装配,研究了装配压力、极板面积、形状误差等关键装配参数.最后,建立了响应面模型分析形状误差影响下的GDL表面接触压力分布.本研究方法有助于理解形状误差带来的装配影响,并且可有效预测可接受的最大装配误差.基于建立的模型,本文给出了金属双极板制造过程中的形状误差控制标准.