以提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)结构可靠性、降低各部件损伤风险为目标,将阳极板、阴极板和膜电极通过注塑粘合成一个整体部件,开发了一种一体化密封单电池,该方案对膜电极具有更好的保护性,且更易加工成型。对模型进行有限元仿真,结果表明,在阴极板流场脊区域平均应力0.6~1.2 MPa条件下,一体化密封方式下质子交换膜(PEM)活性区域边缘平面内平均变形量比线密封方式降低了67.52%~80.73%,活性区域厚度方向上受压后平均变形量降低了30.86%~45.92%,极大改善了PEM的力学稳健性,降低其撕裂风险,从而提升了其使用寿命。搭建了基于差压法的密封性能测试系统,对加工成型的一体化密封单电池实物进行了密封性能测试,结果表明各项漏率指标均达标。

质子交换膜燃料电池的边框一般通过黏结剂黏接在质子交换膜上,在保护质子交换膜的同时,还起到密封作用。燃料电池长期工作在复杂的环境下,边框和黏结剂的性能均会发生疲劳衰减,导致被剥离或破坏,进而影响燃料电池的气密性。因此,以边框和黏结剂的搭接试件为对象,结合内聚力模型和有限元软件设计了多种边框结构,研究了新结构对黏结性能的影响。结果表明:在低弹性模量的边框表面做三角形或梯形的凸形结构,将有效提升黏结结构的分离位移,但对于高弹性模量的边框,新结构反而会降低黏结性能;此外,优化结构的尺寸、形状对搭接模型黏结性能也有影响,当凸三角形底边长为1.5 mm时,搭接模型有最好的黏结性能。