气体扩散层变形模量与脊槽转角半径优化设计

提出了一种脊槽转角半径优化设计方法,以消除气体扩散层(GDL)应力集中现象,进而提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能和可靠性。基于梁弯曲理论和几何概率理论分析,获得气体扩散层应力—应变非线性解析解。对气体扩散层基材商品TGP-H-060和MGL1902进行了压缩测试,以验证解析解。结果表明:基材TGP-H-060和MGL190的变形模量分别为240kPa和420kPa;说明本解析解可很好地拟合实验数据;当脊槽转角半径为340μm时,GDL上边缘最大接触压力最小,应力集中现象消失,应力分布的均匀性最好。变形模量影响了气体扩散层不均匀变形的程度,但不改变变形分布。因此,本优化设计改善了气体扩散层变形均匀性。

方形锂离子电池热应力的数学分析和数值模拟

锂离子电池在充放电过程中,温度升高产生热应力,对电池性能有一定的影响。本文通过数学求解和仿真的方法,给出了方形锂离子电池温度场和热应力场,定量分析了相关影响因素。结果表明:电池的最高温度出现在几何中心;最大温差与生热速率和电池尺寸的平方呈正比。电池中心区域热膨胀受压应力,侧边区域受拉应力,侧边中心处出现热应力集中。最大拉应力约为最大压应力的2倍。

基于显微CT技术的碳纸微观结构特征分析

作为一种多功能高孔隙率碳纤维复合材料,碳纸在燃料电池中承担着传质、传热和导电等重要作用,其微观结构特征直接决定了燃料电池的性能和耐久性。本文利用显微CT扫描技术重建了碳纸的微观结构,并对其体积分数、孔径分布、碳纤维长度、弯曲度、空间方位角和倾斜角进行了测量和分析。主要结论有:①孔径服从正态分布,平均孔直径为30.95μm;②碳纤维长度和弦长服从三参数Weibull分布,平均弯曲度为1.03,表明纤维直线性较好;③方向角在0°~90°之间等概率分布,倾斜角大于45°的只占1.1%,说明碳纤维在XY平面上随机分布,只有少量的纤维呈垂直状态嵌入碳纸。最后本文指出了碳纸在微观结构上的一些显著性特征和缺陷。该项研究有助于提高人们对碳纸在燃料电池中作用的认知。