PEMFC薄金属双极板设计与加工的技术研究

质子交换膜燃料电池(简称PEMFC)的能量转化效率高,环境友好,寿命长,可室温工作,被认为是代替传统能源最有力的竞争者,广泛应用于便携式电源、小型固定发电站以及电动汽车等,市场潜力巨大。PEMFC可直接将化学能转化成电能,理论上的热电转化效率可达85%-90%。事实上,由于各种极化的限制,实际的能量转化效率在40%-60%的范围内,有进一步提升的空间。阻碍PEMFC商业化最主要的原因是成本太高,而双极板的加工成本约占总成本的30%-45%,选择合适的材料和加工工艺是降低成本的主要途径之一。 论文分别从PEMFC薄金属双极板流场的几何设计与成形工艺两方面进行优化： 1.根据双极板的功和特点,提出优化设计的思想和原则,设定不同的优化内容以达到相应的优化目的。 2.PEMFC的性能很大程度上受到反应剂分配均匀性的影响。采用基于计算流体动力学的计算方法对PEMFC薄金属双极板流道的入口几何、截面形状以及基本结构尺寸进行了数值分析与优化。 3.采用基于弹塑性变形原理的计算方法对冲压成形进行数值模拟,分析了压边力等因素对冲压成形效果的影响,初步验证了利用板料冲压成形工艺加工薄金属双极板的可行性。 4.在数值分析的基础上,论文进一步提出了PEMFC薄金属双极板的结构设计以及燃料电池组系统的设计与组装。 论文所做的研究工作为微型金属双极板成形提供了参考的依据,对于其他各种模型双极板的设计与制造具有一定的指导意义。