针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的金属双极板的压缩密封结构,提出一套泄漏率理论预测方法.该方法以基于粗糙间隙流动数值分析的泄漏机理模型为基础,耦合了粗糙元微观力学变形特性分析和橡胶垫片宏观力学变形特性分析,由于不依赖任何经验参数,因此可以定量评价各种因素对密封结构密封性能的影响,包括密封材料的长期应力松弛行为.与已有实验研究相比较,所提出的泄漏率预测模型具有较高的精度.根据进一步的计算分析,为维持长期泄漏率在20 mL/s以下,密封结构参数可参考如下方案双极板粗糙度低于15μm,硅橡胶平垫片邵氏硬度在50~60范围内,初始压缩率在15%以上.研究结果可为PEMFC密封结构设计提供理论指导.

随着燃料电池微型化的发展趋势,金属材料制成的双极板成为未来双极板发展的主要方向。以加工双极板表面多通道蛇形流道为例,提出采用模板电解加工金属双极板上的微流道结构。建立模板电解加工间隙内电场的数学理论模型,并利用有限元软件对模板电解加工微流道的成形过程进行模拟,研究加载电压对模板电解加工过程中阴阳极表面电场分布的影响。搭建模板电解试验平台,通过试验研究直流和脉冲加载电压对流道形貌和定域性的影响。模拟与试验结果表明,采用脉冲小电压可减小流道的杂散腐蚀,提高模板电解加工的定域性。