PEMFC金属双极板密封设计的有限元仿真  被引量:14

Finite element method modeling on sealant design of PEMFC metal bipolar plate

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作  者:张智明[1,2] 张娟楠[3] 潘涛[1,2] 刘洋[1,2] 杨代军[1,2] 

机构地区:[1]同济大学汽车学院,上海201804 [2]同济大学新能源汽车工程中心,上海201804 [3]同济大学物理科学与工程学院,上海200092

出  处:《中国科技论文》2017年第16期1895-1901,共7页China Sciencepaper

基  金:国家自然科学基金资助项目(51405344);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20130072120041);教育部47批留学回国人员科研启动基金;国家重点研发计划专项(2016YFB0101320)

摘  要:针对目前质子交换膜燃料电池密封胶气体密封不严导致的电化学性能低和泄露问题,以固态光固化密封胶为研究对象,基于单边接触理论和有限元方法进行密封胶与金属双极板的结构力学分析。建立金属双极板和密封胶截面接触力学模型,在燃料电池典型工作温度和密封胶不同压缩率下,对燃料电池常用的半圆形和矩形,以及自主设计双峰形和三峰形截面密封胶的气密性进行分析。最后根据燃料电池气密性要求和密封胶线受力对三峰形密封胶截面进行形状与尺寸的设计优化,提出密封胶初始高度的设计方法。本研究可为燃料电池密封胶设计提供一定的理论支撑。With the current problems of low electrochemical performance and gas leakage caused by untight sealing of proton exchange membrane fuel cell,the structural mechanics analyses of the sealant and metal bipolar plate were conducted based on the unilateral contact theory and finite element method by choosing the solid photocureable gasket ring as the research object.A contact mechanics model of sealant and metal bipolar plate cross-section was built to analyze the gasket sealing of circular and rectangular,self-designed bimodal and trimodal cross-section shapes under typical operational temperatures and compression ratios.Finally,the trimodal shape and size of the sealant cross-section were optimized based on the sealing requirement of fuel cell and sealant mechanics analysis,and a design method of the initial height of the sealant was proposed.This study can provide a theoretical basis for gasket design of fuel cell.

关 键 词:质子交换膜燃料电池 金属双极板 密封设计 截面形状 有限元分析 

分 类 号:TM911.4[电气工程—电力电子与电力传动]

 

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