PEMFC不锈钢双极板成形工艺及装备关键技术研究

发布时间：2020-04-02 14:04

【摘要】：由于传统化石能源紧缺和全球气候变暖等问题,寻找新型清洁能源成为研究热点之一。质子交换膜燃料电池因其反应气体储量充分且可再生,反应高效、无污染等优点,成为公认的清洁能源之一,从而引起社会广泛关注。金属双极板作为燃料电池重要组件之一,为了寻找其经济高效的制备方法,对金属双极板的冲压工艺及成形装备的研究成为近年来首要解决的问题。本文对金属双极板的流道轮廓结构进行设计,模拟分析了不同的流道轮廓尺寸对金属双极板冲压质量的影响。在现有的双极板成形工艺和装备的基础上,提出金属双极板专用模具和压机的功能要求、结构特点、设计要求等,为金属双极板的制备提供参考,具体的工作内容如下:(1)比较不同材料双极板制备工艺优缺点,金属双极板材料性能基本满足且成本低,成形方法简单,选用不锈钢薄板作为双极板材料,并设计双极板轮廓结构。(2)根据板材冲压拉伸成形的起皱缺陷分析,对金属双极板的冲压成形进行了理论分析,得到双极板有无压边力条件下的起皱临界条件,为金属双极板的冲压成形提供理论指导。(3)比较不同流域场结构的性能优缺点,设计单S形双极板流道结构;建立有限元模型对金属双极板冲压成形分析,得到不同流道轮廓尺寸的板料成形极限图,得到不同的尺寸对不锈钢双极板的成形质量影响。(4)比较不同结构压机的工作特性,选择框架式结构作为金属双极板冲压机机身结构;结合数值模拟结果,双极板流道结构尺寸,并结合金属双极板冲压成形工艺要求,设计成形模具结构,加工模具,进行实验。(5)装配冲压模具,进行不锈钢双极板冲压实验,不同冲压工艺下金属双极板的制备,分析成形双极板质量,验证理论分析和数值模拟结果的正确性,成形模具和装备结构的合理性。
【图文】：

燃料电池

能源和环境已成为全人类关注的热点。如今，能源匮乏和环境污染问题亟待决，不可再生的传统化石能源已经不符合当前可持续发展的理念，寻找清洁、再生的能源已经成为全球研究的热点。燃料电池是一种将贮存在燃料与氧化剂的化学能转化成电能的装置，，因其是一种高效、环境友好的发电装置而备受关[1]。燃料电池发展至今，其种类得到了很大的扩充，按反应原理和反应物的不同，不同的分类。如以电解质不同分为：①质子交换膜燃料电池（PEMFC）；②碱燃料电池（AFC）；③熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；④磷酸型燃料电池（PAFC）；固体氧化物燃料电池（SOFC），如以电池工作温度范围不同，分为低温型，中型，高温型，PEMFC 属于低温型燃料电池[2]。质子交换膜燃料电池（PEMFC），如图 1.1 所示，具有工作温度低，反应物量利用率高，反应产物零污染而得到广泛的关注研究；PEMFC 使用固体交换膜代液态电解质，这使得电解质渗透问题从根本上得以解决。质子交换膜燃料电（PEMFC）工作原理，如图 1.2 所示，可以看作是电解水的逆反过程。氢气（重氢气）作为燃料分布在阳极，氧气（空气）作为氧化剂分布在阴极，质子交换作为传递质子的电解质，从而发生化学反应产生电能。

工作原理图

能源和环境已成为全人类关注的热点。如今，能源匮乏和环境污染问题亟待决，不可再生的传统化石能源已经不符合当前可持续发展的理念，寻找清洁、再生的能源已经成为全球研究的热点。燃料电池是一种将贮存在燃料与氧化剂的化学能转化成电能的装置，因其是一种高效、环境友好的发电装置而备受关[1]。燃料电池发展至今，其种类得到了很大的扩充，按反应原理和反应物的不同，不同的分类。如以电解质不同分为：①质子交换膜燃料电池（PEMFC）；②碱燃料电池（AFC）；③熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；④磷酸型燃料电池（PAFC）；固体氧化物燃料电池（SOFC），如以电池工作温度范围不同，分为低温型，中型，高温型，PEMFC 属于低温型燃料电池[2]。质子交换膜燃料电池（PEMFC），如图 1.1 所示，具有工作温度低，反应物量利用率高，反应产物零污染而得到广泛的关注研究；PEMFC 使用固体交换膜代液态电解质，这使得电解质渗透问题从根本上得以解决。质子交换膜燃料电（PEMFC）工作原理，如图 1.2 所示，可以看作是电解水的逆反过程。氢气（重氢气）作为燃料分布在阳极，氧气（空气）作为氧化剂分布在阴极，质子交换作为传递质子的电解质，从而发生化学反应产生电能。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG386

【参考文献】