质子交换膜燃料电池密封系统热力耦合仿真研究

作     者：陈志 邢彦锋 张小兵 杨夫勇 曹菊勇 CHEN Zhi;XING Yanfeng;ZHANG Xiaobing;YANG Fuyong;CAO Juyong

作者机构：上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600 

出 版 物：《润滑与密封》 (Lubrication Engineering)

年 卷 期：2024年第49卷第7期

页      面：82-88页

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：上海市自然科学基金项目(20ZR1422600) 

主　　题：质子交换膜燃料电池 密封性能 热力耦合 接触行为 

摘      要：温度影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)的密封性能和力学行为,因而影响其使用寿命和可靠性。为研究PEMFC在热力耦合下的密封性能和力学行为,建立PEMFC单电池和多电池结构的二维模型,研究密封系统在不同工作温度下的应力-应变分布,讨论橡胶密封圈压缩比、双极板错位和密封垫尺寸对PEMFC密封性能和力学性能的影响。结果表明:温度对密封圈的Mises应力和膜电极组件(MEA)框架接触压力有很大影响;在不同工作温度下单电池和多电池结构的密封性能相似,应力和接触压力分布差别也不大,因此单电池结构的研究结论可以推广到多电池结构;随着橡胶密封圈压缩比和密封圈尺寸的增加,燃料电池密封性能得到改善;而双极板错位会加剧MEA框架的变形;高应力区出现在橡胶密封圈的横截面内部,容易导致局部应力集中和密封失效。