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《天津大学》 2004年
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PEM燃料电池流场板及其成形工艺研究

李茂春  
【摘要】:质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)以其能量转化效率高、低排放、能量和功率密度高等优点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。流场板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,它为电池分配燃料与氧化剂并串连相邻电池。流场板的成本约占质子交换膜燃料电池总成本的40%,造成质子交换膜燃料电池的高成本,并成为质子交换膜燃料电池实用化的一大障碍。此外,质子交换膜燃料电池的性能不但取决于电池的材料和工艺水平,还很大程度上受到燃料和氧化剂流体分配均匀性的影响,均匀的流体分配有利于提高质子交换膜燃料电池的性能。本文针对以提高燃料流体分配均匀性和利用率为目标的质子交换膜燃料电池流场板结构与沟槽尺寸优化及高效、低成本流场板制造等问题进行了研究。 1.采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对质子交换膜燃料电池阳极燃料气体(H2)流场进行了数值模拟,以最大燃料气体(H2)利用率为目标进行了流场板沟槽尺寸优化。结果表明,当沟槽宽度为1.5mm,脊部宽度为0.5mm和沟槽深度为1.5mm时,燃料气体(H2)的利用率达到最大值84.8%。另外,在开孔率相同的情况下,交指型流场板的燃料气体(H2)的利用率比单通道蛇形流场板和平行沟槽流场板的燃料气体(H2)的利用率要高。 2.提出了流场板高效、低成本冲压成形加工工艺方法。采用弹塑性变形有限元方法对流场板冲压成形进行了数值模拟,分析了变形过程中应变、厚度分布情况,在理论上验证了板料冲压成形应用在金属流场板加工上的可行性。在此基础上,进行了金属薄板流场板的结构设计。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM911.4

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