高功率薄型金属双极板PEM燃料电池堆研究
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展摘要质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。
该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发，系统总结了相关研究进展。
首先根据燃料电池的市场需求，分析了应用金属双极板的优势；对金属双极板及其涂层导电性和耐久性的典型测试方法进行了讨论，并对近期文献中出现的多种涂层进行了评价，发现除合金涂层外大部分涂层能满足美国能源部2020目标。
如图１所示，PEMFC 的工作环境恶劣：高湿度、高电势、温度分布不均匀。
同时，PEMFC的工作状况复杂，在实际的车辆应用中，燃料电池主要经历４种工况：启/停工况、怠速工况、高负载工况和变载工况。
工况的变化可能会导致反应气体不足，而反应气体不足和启/停工况则会带来高电势。
此外，PEMFC在运行中偶尔也会发生控制故障，导致膜的干燥或水淹现象发生。
研究燃料电池工作环境和工作状况下金属双极板的导电性和耐久性至关重要。
图1 PEMFC工作环境及工作状况对金属双极板的影响本文聚焦于金属双极板及其涂层的导电性和耐久性，综述了相关研究进展。
首先简要概述了近年来PEMFC电堆的产品市场，并根据燃料电池制造商的选择指出了研究金属双极板及其涂层的重要性，对涂层进行了分类；然后，讨论了测试方法，对涂层进行了比较；接下来揭示了工作环境和工作状况对金属双极板及其涂层的导电性和耐久性有显著影响，阐述了各因素所造成的影响，最后提出了未来的研究方向。
１、双极板的类型与涂层双极板是PEMFC电堆的重要组件，约占整体70％的质量和30％的价格。
根据双极板材料的不同可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。
石墨及其复合材料脆性大、渗气性高、成本较高，相比之下,金属双极板强度更高，具有更好的成形性、抗冲击性和较低的渗气性。
图２整理了部分国内外制造商的车用PEMFC电堆的体积功率密度及其双极板类型。
适合规模化生产的PEMFC双极板材料
适合规模化生产的PEMFC双极板材料摘要：由于传统化石能源紧缺和全球气候变暖等问题，寻找新型清洁能源成为研究热点之一。
质子交换膜燃料电池因其反应气体储量充分且可再生，反应高效、无污染等优点，成为公认的清洁能源之一，从而引起社会广泛关注。
双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一，占据了电池组很大一部分的质量和成本，且承担着均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。
为了寻找双极板经济高效的制备方法，对双极板的材料及其制备工艺进行了对比和分析。
Abstract：Due to the shortage of traditional energy resources and the impact of global warming and other issues，new clean energy has become one of the research hotspots. Proton exchange membrane fuel cells have become one of the recognized clean energy sources because of their abundant and reproducible reaction gas reserves, high reaction efficiency, and no pollution, which hasaroused widespread concern.Thebipolarplate，whichisoneofthecorecomponentsofaprotonexchangemembranefuelcell，occupiesalargepartofthe qualityandcostofthewholebatterypackandhasthefunctionsofuniformlydistributingthere actantgas，conductingcurrent，andconcatenatingmonocells，etc.In order to find a cost-effective preparation method of bipolarplate, wecompared and analyzed thebipolar plate material and its preparation process.0 引言燃料电池发电原理是将氢气和氧气的化学能经电化学反应方式产生电能，氢气在阳极解离为H+，通过质子交换膜后，在阴极与氧气反应生成水，电子从阳极通过外电路到达阴极，在外电路上形成电流回路。
PEMFC双极板流场结构研究现状
PEMFC双极板流场结构研究现状肖宽;潘牧;詹志刚;吴凡【摘要】双极板作为燃料电池的核心部件,在燃料电池中,起到了分配气体、导电、导热、排水等重要作用,而其性能很大程度取决于流场结构.结合国内外相关流场专利和文献,概述了传统及新型流场板的结构特征及其优缺点,并从进出口的排布,过渡区和反应区的结构设计等总结了近几年双极板整体设计的趋势,以期对流场板及电堆的设计起到参考作用.%Bipolar plates play important parts in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC),such as distributing reaction gases,conducting the electricity and heat and draining reaction water,and its performance largely depends on the flow field structure.The research progress of typical and new structure of bipolar plate flow fields was reviewed.From the arrangement of inlet and outlet and structure design of the transition area and the reaction area,the design trend of bipolar plate was summarized in recent years in order to provide guidance for the flow field design of PEMFC.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)001【总页数】4页(P153-156)【关键词】质子交换膜燃料电池;双极板;流道;流场【作者】肖宽;潘牧;詹志刚;吴凡【作者单位】武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TM911化石能源供应与环境问题的不断恶化，使得世界各国高度重视各种新能源。
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述-燃料电池论文
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述摘要: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。
双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件, 其质量占电池堆60%以上。
流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。
系统地综述了现有的流道设计, 剖析了流道的功能及其对电池性能的影响, 并在此基础上讨论了流道设计的设计要点。
关键词: 质子交换膜燃料电池；双极板；流道设计质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源【1】。
双极板是 PEMFC 的重要部件, 其两面都有加工出的流道,起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。
实际上, 燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。
据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50%左右。
流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水, 从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
流场的设计要满足以下几个方面的条件:(1)流场设计的基本原则是保证在一定的反应剂供应量情况下，电极各处均能获得充足的反应剂。
特别是对十大面积的电极尤为重要，电极工作面积放大过程中流场设计不合理往往是造成电池性能下降的主要原因之一。
(2)依据电极与双极板材料的导电特性，流场沟槽的面积应有一个最优值。
沟槽面积和电极总面积之比一般称为双极板的开孔率，其值应在40%～75%之间。
开孔率太高会造成电极与双极板之间的接触电阻过大，增加电池的欧姆极化损失。
(3)由流场结构所决定的反应剂在流场内的流动状态，应有利于反应剂经电极扩散层向催化层反应点的传递，并能促进反应产物的顺利排出。
(4)在一定的流量下，反应剂通过流场的压力降要适中，一般为千帕的数量级。
压力降太大会造成过高的动力损失，压力降太小则不利于反应剂在并联的多个单节电池间的分配。
(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告写作模板(一)_百度...
(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告写作模板(一)_百度...(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告写作模板(一)标题：(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告摘要：本报告旨在评估(2023)片氢燃料电池金属双极板项目的可行性。
通过对市场需求、技术可行性、经济效益和环境影响等因素进行综合分析，得出该项目具备较好的可行性，并提出了一些建议和措施以确保项目的成功实施。
一、引言1.1 项目背景和目标1.2 报告结构二、市场需求分析2.1 国内外燃料电池市场现状2.2 片氢燃料电池金属双极板的市场需求潜力2.3 竞争对手分析三、技术可行性评估3.1 片氢燃料电池技术现状3.2 金属双极板的技术可行性分析3.3 技术风险评估及应对措施四、经济效益评估4.1 投资成本估算4.2 收益预测4.3 投资回收期和财务指标分析五、环境影响评估5.1 碳排放减少潜力5.2 温室气体排放减少效应5.3 环境风险评估六、风险分析6.1 市场风险6.2 技术风险6.3 政策风险七、可行性建议和措施7.1 技术研发与创新7.2 市场推广策略7.3 合作伙伴选择及供应链管理7.4 政府政策支持八、结论参考资料：- 相关市场研究报告- 技术专利与学术文献- 行业协会及政府文件1. 引言本报告旨在对(2023)片氢燃料电池金属双极板项目进行可行性研究。
通过对市场需求、技术可行性、经济效益和环境影响等方面的综合分析，评估项目的可行性，并提出一些建议和措施以保证项目的成功实施。
2. 市场需求分析2.1 目前燃料电池市场的现状，包括国内外市场规模、增长趋势、竞争对手等方面的分析。
2.2 对片氢燃料电池金属双极板的市场需求进行潜力分析，包括相关应用领域和市场占有率预测。
2.3 竞争对手分析，包括现有技术和产品的优势和劣势，以及市场份额和品牌影响力。
3. 技术可行性评估3.1 评估片氢燃料电池技术的现状，包括关键技术、性能指标和研发进展等方面的分析。
燃料电池双极板流场研究现状与分析
燃料电池双极板流场研究现状与分析摘要：燃料电池对于解决环境污染、能源危机具有十分重要的意义。
本文首先介绍了几种比较常见的燃料电池双极板类型，简要指出各种类型的不足,以期对流场板及电堆的设计起到参考作用；最后分析了最新流道研究进展，旨在为进一步的后续工作有所启示和帮助。
关键词：膜燃料电池；双极板；流道；进展1直通道流道直通道流道是一种适应于低压燃料电池的流道，结构简单且易加工，由于流道短的特点，反应气存留在流道的时间也短，不利于反应气到达催化剂层发生电化学反应，在阴极产生的水因不能顺利排出极易出现“水堵”，图1为直通道流道示意图。
图1 直通道流道板2蛇形流道如图2所示为蛇形流道，其优点主要体现在反应气流量大和流道长，有利于反应气渗透到催化层，又因其流速大的特点，产生的水易排出。
缺点主要有气体压降大，不利于催化剂的充分利用和气体分布的均匀性。
图2 蛇形流道3交指型流道交指形流道结构（图3）通过强制对流，迫使氢气、氧气和水蒸气达到扩散层。
并且，在水管理方面也要比其它流道的设计处理的更好。
但是，正因为采用强制对流的方法，导致了非常明显的压降损耗。
图 3 交指型流道4变截面直流道图4是两种变截面直通流道，图4（b）是图4（a）的一种优化改进流道。
这两种流道分别从宽度和深度交替变化，是反应气体在流动过程中更流畅。
但是这也极大地增加了加工的难度，提高了加工成本。
（a）变截面流道基本结构（b）优化后结构图4 流道截面循环变化型流道5新型流道除了最常见的直通道、蛇形、交指型等流场，点状流场和网状流场也有部分研究，还有不断开发的新型流场如基于仿生学的仿生流场、螺旋流场等。
2014 年末，日本丰田推出燃料电池车“MIRAI”，同时也出现了一种新的流场板设计，即创新型的阴极流场——三维细网格结构流场，其结构如图所示。
（a）（b）图5三维细网格结构流场结论通过对以上各种流道形状以及优劣点的分析和研究，每种流道都具有其他流道所不能比拟的长处，现目前的流道，没有哪一种流道能够涵盖所有流道的优点。
(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告写作模板(一)
(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告写作模板(一)(2023)片氢燃料电池金属双极板项目可行性研究报告写作模板1. 引言•介绍研究背景•阐明研究目的•概述研究意义2. 研究方法•通过调查研究市场需求•搜集相关文献资料•分析技术路线和生产成本3. 可行性分析•市场分析：需要、竞争、潜力等•技术分析：生产工艺、生产能力等•经济分析：投资、成本、收益、风险等4. 实施方案•投资方案：资金筹措、资金用途和投资回报情况•技术方案：生产工艺、生产设备和环保措施•营销方案：市场推广和销售渠道5. 总结与展望•总结研究结果•展望项目发展前景•提出建议和推荐该模板提供了一个严谨的写作框架，可以指导研究报告的写作。
在实际写作过程中，还需要具体根据研究对象来进行深入研究，针对具体问题提出相应的解决方案。
1. 引言随着新能源技术的不断提升和市场需求的增加，片氢燃料电池金属双极板作为一种新型的氢能源转换材料，具有广泛的应用前景。
本次研究旨在通过可行性分析，探讨片氢燃料电池金属双极板的市场需求、生产技术、成本和投资回报，为相关企业的项目决策和投资决策提供参考。
2. 研究方法本次研究采用了市场调查、文献资料搜集和生产成本分析等方法，通过对相关临床试验、技术路径和市场需求的了解和分析，得出相应的结论。
•市场调研：通过对氢燃料电池双极板市场的需求、价格、品质、竞争等方面的调查，进一步了解市场情况，从而带动相关企业的科研和生产。
•文献资料搜集：通过收集相关的文献资料，包括行业动态、技术方案、政策法规等，对研究领域进行分析和对比，寻找存在问题并提出解决方案。
•生产成本分析：通过对燃料电池金属双极板的成本、产品品质、量产能力等要素进行分析，确定生产成本，为企业的投资决策提供必要的支撑。
3. 可行性分析•市场分析：氢燃料电池金属双极板市场需求旺盛，目前主要的消费市场分布在欧美、日本和中国等地区。
在近年来，随着环保主题的推广和能源问题的日趋突出，氢燃料电池及其双极板也逐渐受到合理应用和广泛推广。
PEM燃料电池金属双极板流场参数数值模拟与设计
PEM燃料电池金属双极板流场参数数值模拟与设计质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）具有转化效率高、环境友好、室温快速启动等突出特点,是非常有前景的清洁高效的能源装置。
然而,PEM燃料电池成本太高,阻碍其商业化发展。
双极板作为质子交换膜燃料电池中的关键部件,其成本占据着PEM燃料电池总成本的30-45%,金属双极板由于其良好的加工性、导电性、机械抗冲击性能以及低成本,成为PEM燃料电池研究的热点。
双极板材料的选择、流场形式以及流场参数对金属双极板加工成形性能以及燃料电池的输出性能有着重要影响,尤其是双极板流道尺寸的微尺度化,使双极板与宏观尺度下材料的成形性能以及流道中流体流动有所区别。
本文运用数值模拟方法和实验方法研究了奥氏体304不锈钢和新型Fe-Ni-Cr合金双极板的冲压成形性能,分析了成形工艺和流场参数对塑性成形的影响;此外,利用微流体可视化测速技术对双极板微流道中水流动进行测试分析,并且通过测速结果对Fluent软件数值模拟方法进行修正,提高燃料电池性能数值模拟的可靠性。
本文的研究工作和结果有如下几个方面:（1）通过304不锈钢双极板拉伸试验,研究了应变速率对塑性变形的影响,对拉伸试样进行物相分析和微观形貌测试,结果表明奥氏体304不锈钢塑性变形时产生应变诱发马氏体相变,马氏体相变提高了材料的塑性变形能力。
通过J-C模型建立本构关系曲线,与实验结果拟合较好;（2）采用Dynaform 有限元软件建立三维模型,对304不锈钢和合金双极板冲压成形过程进行数值模拟,根据成形极限图（FLD）和板料减薄情况预测和消除成形中的起皱和破裂缺陷,从而得到最佳成形工艺和安全的流场尺寸范围,对数值模拟进行实验验证,实验结果与数值模拟吻合度较高。
研究结果表明合金与常用的304不锈钢双极板成形性能相差不大,是一种非常有前景的双极板材料;（3）利用CFD软件Fluent中的燃料电池模块建立燃料电池的三维数学模型,对电池输出功率的影响因素进行了研究,主要考虑了双极板材料、流场尺寸以及流场类型等因素的影响,数值模拟结果表明,随着电流密度的升高,电压逐渐降低,而功率密度随着电流密度的增加先增大,达到峰值后随着电流密度的继续增加而降低。
PEM燃料电池堆单片一致性研究的开题报告
PEM燃料电池堆单片一致性研究的开题报告题目：PEM燃料电池堆单片一致性研究一、研究背景和意义随着燃料电池技术的不断发展，PEM燃料电池已经被广泛应用于汽车、航空航天和家用电器等领域。
相对于传统燃料电池，PEM燃料电池具有体积小、重量轻、启动快、无污染等优点，因此被广泛使用。
然而，PEM燃料电池在使用过程中也存在一些问题，其中之一就是单片间的一致性问题。
燃料电池堆的工作性能直接受单片性能影响，如果单片之间存在性能差异，那么就会导致整个燃料电池堆的工作性能出现不一致的情况，严重影响燃料电池的应用。
因此，研究PEM燃料电池堆单片一致性问题是十分必要的。
二、主要研究内容和技术路线本研究的主要内容是对PEM燃料电池堆单片一致性问题进行研究，包括以下几个方面：1.分析PEM燃料电池堆单片性能差异的原因2.建立单片性能测试方法和评价指标3.通过实验研究PEM燃料电池堆单片一致性问题，对不同工况下的单片性能进行测试和分析，进而确定性能差异的范围和程度4.提出PEM燃料电池堆单片一致性问题的解决方法和措施技术路线如下：1. 对PEM燃料电池堆的结构和工作原理进行研究和分析，找出单片性能差异的可能原因。
2. 建立PEM燃料电池堆单片性能测试和评价的方法和指标，包括电压、电流、能量转换效率等。
3. 对PEM燃料电池堆单片性能进行测试和分析，统计单片性能数据并进行相关性分析。
4. 提出PEM燃料电池堆单片一致性问题的解决方法和措施。
三、预期成果和应用价值本研究旨在深入探究PEM燃料电池堆单片一致性问题，为解决燃料电池堆一致性问题提供理论支持和实验数据。
预期成果包括：1. 找出PEM燃料电池堆单片性能差异的原因，并建立相应的测试和评价方法和指标。
2. 对PEM燃料电池堆单片一致性问题进行实验研究，得出单片性能的范围和程度。
3. 提出PEM燃料电池堆单片一致性问题的解决方法和措施，为燃料电池的应用提供技术支持。
本研究的应用价值为：1. 为PEM燃料电池堆制造商提供技术支持，解决单片一致性问题。
技术燃料电池金属双极板制造方法综述
2.1.4 磁脉冲成形
美国俄亥俄州大学对金属双极板磁脉冲成形工艺方法进行了研究，所依据的原理是电磁感应定 律，图4为磁脉冲成形原理示意图。电容组放电且在线圈周围产生变化的磁场，工件在脉冲磁场 中产生感应电流，感应电流产生反向瞬时磁场，从而洛伦兹力充当排斥力使工件冲击模具发生 变形。目前，已成功制造出了厚度0.1mm，流道深度0.0311mm的镁合金双极板。磁脉冲成形具 有成形能力好、效率高、成本低、表面质量与尺寸一致性好等优点，但大尺寸双极板成形困 难，提高复合板的耐磨性是难点。
引言
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学能转化成电能和热能的装置，具有能量转化效率 高、启动迅速、环境友好、工作安静、可靠性高等优点，应用前景广阔，但目前双极板制造成 本偏高、体积比功率偏低，严重制约了PEMFC的产业化进程。作为PEMFC关键件，双极板的 质量占到整个燃料电池堆的60%～80%，占总成本的40%～60%。双极板的主要功能是分隔反 应气体、均匀导入反应气体、收集并传导电流、支撑膜电极、实现整个燃料电池系统快速散热 和排水。为此，双极板应具有良好的导电性能、导热性能、耐腐蚀性能、阻气性能以及一定的 机械强度，表1为美国能源部(DOE)提出的车载PEMFC双极板的性能指标。
2 金属双极板成形方法
目前金属双极板成形技术主要有塑性成形技术、液态成形技术和特种加工技术。
2.1 塑性成形
2.1.1 软膜冲压成形
金属双极板软模冲压成形过程如图1所示，用软模（如聚氨酷橡胶）来代替传统冲压成形中的一 个钢模，成形时，钢模在液压机作用下向下运动，挤压金属薄板和橡胶垫，橡胶垫产生变形， 在摩擦力作用下与板料一起填充满模具型腔。利用该技术已成功制备了带有蛇形流道的SS304 不锈钢双极板，流场宽度0.8mm，流场深度0.5mm，流场脊宽1.2mm。软模成形方法可在同一 个工序上完成多个工步（如成形、冲孔或切边等），生产效率高，双极板表面质量佳，不会产 生翘曲和破裂，且模具结构简单，成本低。但受到橡胶垫的流动性影响，软膜成形存在成形极 限问题，此外，有待提高橡胶垫片的耐磨性。
PEMFC金属双极板密封设计的有限元仿真
第12卷第16期2017年8月中国科技论文CHINA SCIENCEPAPERVol. 1 2No. 16Aug.2017P E M F C金属双极板密封设计的有限元仿真张智明12，张娟楠3，潘涛12，刘洋12，杨代军12(1.同济大学汽车学院，上海201804; 2.同济大学新能源汽车工程中心，上海201804;3.同济大学物理科学与工程学院，上海200092)摘要:针对目前质子交换膜燃料电池密封肢气体密封不严导致的电化学性能低和泄露问题，以固态光固化密封肢为研究对象，基于单边接触理论和有限元方法进行密封肢与金属双极板的结构力学分析。
建立金属双极板和密封肢截面接触力学模型，在燃料电池典型工作温度和密封肢不同压缩率下，对燃料电池常用的半圆形和矩形，以及自主设计双峰形和三峰形截面密封肢的气密性进行分析。
最后根据燃料电池气密性要求和密封肢线受力对三峰形密封肢截面进行形状与尺寸的设计优化，提出密封肢初始高度的设计方法。
本研究可为燃料电池密封肢设计提供一定的理论支撑。
关键词：质子交换膜燃料电池；金属双极板；密封设计；截面形状；有限元分析中图分类号:TM911. 4 文献标志码：A文章编号= 2095- 2783(2017)16- 1895 - 07Finite element method modeling on sealant design of PEMFC metal bipolar plateZ H A N G Z h im in g，, ZHANGJuannan3 , P A N T a o1，, L IU Y a n g，, YAN G D aijun1，(1. School o f Automobile Studies , Tongji University , Shanghai 201804, China；2. Clenn Energy Automotive Engineering Center, Tongji University , Shan g hbi 20\804, China；3. School o f Physice Science and Engineering, Tongs i University , Shanghri200092, China)Abstract：With the current problems of low electrochemical performance and gas leakage caused by change membrane fuel cell, the structural mechanics analyses of the sealant and metal bipolar unilateral contact theory and finite element method by choosing the solid photocureable gasket ring as the research object. A contact mechanics model of sealant and metal bipolar plate cross-section was built to analyze the gasket sealing of circular and rectangular, sel--designed bimodal and trimodal cros--section shapes under typical operational temperatures and compression ratios. Finally, the trimodal shape and size of the sealant cross-section were optimized b ased on the sealing requirem ant mechanics analysis, and a design method of the initial height of the sealant was proposed. This study can provide a theoretical basis for gasket design of fuel cell.Keywords：proton exchange membrane fuel cell；metal bipolar plate；sealant design；cross-section shape；finite e质子交换膜燃料电池是通过氢气和氧气发生电化学反应生成电的一种能量转换装置，燃料电池使用的密封胶要满足一定的气体密封性要求，防止具有一定压力的反应气体泄漏。
《质子交换膜燃料电池SS316L金属双极板冲压研究》范文
《质子交换膜燃料电池SS316L金属双极板冲压研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和环保意识的提升，质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其高效、清洁的发电方式受到了广泛的关注。
SS316L金属双极板作为燃料电池的核心部件之一，其冲压技术对燃料电池的性能起着决定性作用。
本文将就质子交换膜燃料电池中SS316L金属双极板的冲压技术进行深入研究，探讨其工艺特点、性能优势及潜在的应用前景。
二、SS316L金属双极板的特点SS316L是一种具有高耐腐蚀性、高强度的金属材料，被广泛应用于燃料电池双极板的制造。
其优点包括良好的导电性、导热性以及优秀的抗腐蚀性能。
在质子交换膜燃料电池中，双极板起着收集电流、分配反应气体以及排除生成物的作用。
因此，双极板的材料选择对燃料电池的性能至关重要。
三、冲压技术及其在SS316L金属双极板制造中的应用冲压技术是一种通过模具对金属板材进行加工，以获得所需形状和尺寸的工艺方法。
在SS316L金属双极板的制造过程中，冲压技术被广泛应用于板材的成型、切割以及孔洞的加工。
其工艺特点包括高效率、低成本、良好的尺寸精度和较高的材料利用率。
四、质子交换膜燃料电池中SS316L金属双极板冲压技术研究（一）冲压工艺参数的研究冲压工艺参数是影响双极板质量和性能的关键因素。
本文将研究不同冲压速度、模具间隙、润滑条件等参数对双极板成型质量、尺寸精度以及力学性能的影响，以找到最佳的冲压工艺参数。
（二）模具设计与制造模具的设计和制造是冲压技术中的重要环节。
本文将探讨模具的设计原则、制造方法以及模具材料的选择，以保证模具的精度和使用寿命，从而提高双极板的冲压质量。
（三）冲压后的处理工艺冲压后的处理工艺对双极板的性能和寿命具有重要影响。
本文将研究退火处理、表面处理等工艺对双极板性能的改善作用，以提高双极板的导电性、耐腐蚀性和使用寿命。
五、研究展望随着燃料电池技术的不断发展，对双极板的要求也越来越高。
未来，SS316L金属双极板的冲压技术将朝着高精度、高效率、低成本的方向发展。
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述-燃料电池论文
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述摘要: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。
双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件, 其质量占电池堆60%以上。
流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。
系统地综述了现有的流道设计, 剖析了流道的功能及其对电池性能的影响, 并在此基础上讨论了流道设计的设计要点。
关键词: 质子交换膜燃料电池；双极板；流道设计质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源【1】。
双极板是 PEMFC 的重要部件, 其两面都有加工出的流道,起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。
实际上, 燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。
据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50%左右。
流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水, 从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
流场的设计要满足以下几个方面的条件:(1)流场设计的基本原则是保证在一定的反应剂供应量情况下，电极各处均能获得充足的反应剂。
特别是对十大面积的电极尤为重要，电极工作面积放大过程中流场设计不合理往往是造成电池性能下降的主要原因之一。
(2)依据电极与双极板材料的导电特性，流场沟槽的面积应有一个最优值。
沟槽面积和电极总面积之比一般称为双极板的开孔率，其值应在40%～75%之间。
开孔率太高会造成电极与双极板之间的接触电阻过大，增加电池的欧姆极化损失。
(3)由流场结构所决定的反应剂在流场内的流动状态，应有利于反应剂经电极扩散层向催化层反应点的传递，并能促进反应产物的顺利排出。
(4)在一定的流量下，反应剂通过流场的压力降要适中，一般为千帕的数量级。
压力降太大会造成过高的动力损失，压力降太小则不利于反应剂在并联的多个单节电池间的分配。
PEMFC金属双极板的腐蚀性能：综述
PEMFC金属双极板的腐蚀性能：综述Renato A. Antunes a,*, Mara Cristina L. Oliveira b, Gerhard Ett b, Volkmar Ett ba Engenharia de Materiais, Universidade Federal do ABC (UFABC), 09210-170 Santo Andre´, SP, Brazilb Electrocell Ind. Com. Equip. Elet. LTDA, Centro de Inovac¸a˜o, Empreendedorismo e Tecnologia (CIETEC), 05508-000 Sa˜o Paulo, SP, Brazil摘要：质子交换膜燃料电池因其相对其他电池有较高的转换效率和环境友好的特点在动力电源领域引起人们的广泛关注。
双极板是燃料电池的关键组成部分，其质量和成本在燃料电池中占很大比重。
相比石墨双极板，金属双极板有着更高的机械强度和更小的电阻，但是因为在金属表面会逐渐生成氧化层，从而导致电阻增大，降低燃料电池的效率，所以金属双极板的抗腐蚀性能得到很广泛的关注。
本文介绍了最近文献中对金属双极板腐蚀性能的研究结果。
关键词：PEM燃料电池；金属双极板；腐蚀；不锈钢；镀层1 绪论CO2,NOX和SOX等导致温室效应气体的过量排放使全球气候逐渐变暖，因此使用较小污染的能源作为化石能源的替代显得尤为重要[1,2]。
在众多新颖的技术研究中，质子交换膜燃料电池有着能量密度高，启动速度快，启动温度低和导致温室效应的气体排放量低等特点，开始被用作汽车和公共汽车的动力[3]。
通用汽车，福特，丰田和标志等较大的汽车生产厂商都在进行燃料电池电动车的开发,在2008年夏天，本田第一款商业燃料电池汽车投放美国市场[4]。
然而，与常规的内燃机相比，要完全达到汽车产业化的要求，就需要克服燃料电池的寿命和成本的问题[5]。
金属双极板电堆,裸堆体积比功率密度
金属双极板电堆,裸堆体积比功率密度金属双极板电堆是一种高效的电化学能量转换装置，其具有裸堆体积比功率密度高的特点。
本文将详细介绍金属双极板电堆的原理、结构和性能，并探讨其裸堆体积比功率密度的优势。
我们来了解金属双极板电堆的原理。
金属双极板电堆是利用化学反应产生的电能来驱动装置的一种技术。
它由两块金属极板（阳极和阴极）组成，中间通过电解质隔离。
在电解质中存在着可氧化和可还原的物质，当外部施加电势时，阳极上的物质被氧化，阴极上的物质被还原，产生电流。
这种电流可以被用来做功或储存起来以供后续使用。
金属双极板电堆的结构相对简单。
通常采用的金属极板材料有铜、铝等，这些金属具有良好的导电性能。
两块金属极板之间的电解质可以是液态的，如酸、碱溶液，也可以是固态的，如固体氧化物燃料电池中的固体电解质。
此外，为了提高电堆的性能，常常在金属极板表面涂覆催化剂，以促进氧化还原反应的进行。
金属双极板电堆具有裸堆体积比功率密度高的优势。
裸堆体积比功率密度是指电池在不考虑外部附加元件的情况下，单位体积内所能输出的功率。
金属双极板电堆的裸堆体积比功率密度高，主要有以下几个原因。
金属双极板电堆的结构紧凑，占用空间小。
由于金属极板具有良好的导电性，可以采用较薄的极板进行设计，从而减小电池的体积。
此外，金属极板之间的电解质可以采用薄膜形式，进一步减小电池的体积。
金属双极板电堆的反应速率快。
金属极板表面涂覆的催化剂可以提高反应速率，使得电池在单位时间内可以释放更多的电能。
而且，金属极板的导电性能好，可以快速传递电子，进一步提高反应速率。
金属双极板电堆的能量转换效率高。
金属双极板电堆的能量转换效率是指输入的化学能转化为输出的电能的比例。
由于金属极板的导电性能好，电解质的电导率高，电子和离子在电堆中的传输效率高，从而提高了能量转换效率。
金属双极板电堆具有较长的使用寿命。
金属极板具有较好的耐腐蚀性能，能够在酸、碱等恶劣环境下长时间稳定工作。
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１．４。２短堆寿命测试 电池堆耐久性测试采用上海空间电源研究所自制燃料电
池测试台，如图３所示。测试装置主要包括供气和排气系统、 气体加湿系统、温控系统、水循环系统等。氢气、空气／氧气经 减压后进入膜增湿器，再进入电堆，产物水随着反应尾气排出 电堆后进人各自的水汽分离罐后排空，电堆温度通过循环水 进行控制。
ｐｌａｔｅ ＰＥＭ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ
项目
参数
单池数／个
１２６
活性面积／ｃｍ２
３２０
质量（干态Ｖｋｇ
外形尺寸／㈣３
３５ ２３０×３３８×３４５
１．４电性能测试评估系统 １．４．１电池堆弘ｆ测试
燃料电池堆电性能测试评估采用ＦＴＳ．５０Ｋ燃料电池测试
图３燃料电池堆测试评估装置
Ｆｉｇ．３ Ｐｈｏｔｏ ｏｆ ＰＥＭＦＣ ｓｔａｃｋ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
气和氧气均按恒定计量比１．５供应；工作电流≥１００Ａ时，空
气、氧气和氢气均按恒定计量比供应。
表２ 电池堆的标准运行与测试条件 Ｔａｂ．２ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＰＥＭＦＣ ｓｔａｃｋ
操作条件 氢气进口压力瓜岔ａ 空气进口压力，ＭＰａ 冷却水进口压力瓜但ａ
氢气计量比
环冷却水进、出电池堆的流量和温度差控制电池堆的操作温 度。通常，电池堆操作温度≤８０℃，进出口温差≤８℃。电性能
测试以恒流模式进行，测试系统计算机可自动实时记录电池
堆及单体电池电压和其它相关信息。每个调节测试电流值下，
稳定运行１０～１５ ｍｉｎ后记录的电压值为有效电压测量值。测
试条件列于表２。工作电流≤１００Ａ时，空气计量比为３～４，氢
产，降低加工成本【３】。目前，金属双极板ＰＥＭ燃料电池堆技术 在车用、军事等领域应用优势已逐渐成为共识。美国通用和日 本本田两大汽车公司已在金属双极板ＰＥＭ燃料电池研究中 取得了斐然成绩，获得了比传统石墨双极板电池堆更高的体 积和质量比功率，并已在其各自开发的燃料电池电动车上进 行了应用。
上海空间电源研究所在优选出无须任何表面处理的金属 双极板材料的基础上［５１，设计并加工了可直接冲压成型，适合批 量生产的薄型金属双极板，研制出高功率薄型金属双极板 ＰＥＭ燃料电池堆。本文对该新型薄型金属双极板ＰＥＭ燃料电 池堆研究及性能测试结果进行介绍。
１实验
１．１金属双极板设计和Ｊｊｕ－ｒ
以优选出适合质子交换膜燃料电池工作环境的０．１０ ｎｌｍ 厚耐蚀合金箔带为基材，使用两套模具分别冲压成形阳极和
万方数据
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阴极侧流场单板。最终完整的薄型金属双极板则是由阴、阳极 侧金属双极板单板以“背靠背”的形式连接、固化到一起，中 间夹合密封圈，其结构如图１所示。从图１中可看到，在电池 堆内金属双极板的阳极和阴极侧流场分别用于氢气和氧气 （空气）的分散，而两块单板之间的孔道可作为冷却剂的通道。
氢／氧气的电池堆输出功率比使用氢／空气高出约１０％。空气相对湿度影响测试结果。电池堆较低功率下。空气的相对
湿度８０％一１００％为佳；而当高功率下，空气相对湿度８０％为佳。另外，对４单体薄型金属双极板燃料电池短堆进行耐 久性测试。累计超过２ ９００ ｈ。平均单池电压衰减率约为１０ ｍＶ／１ ０００ ｈ。
电池堆耐久性测试以８ ｈ／ｄ累计进行，测试条件列于表 ２。使用Ｆｌｕｋｅ ２６８６Ａ数字采集系统进行电池堆及单池电压测 量，记录；定时人工记录反应气体及冷却循环水温度变化情 况。
２结果与讨论
２．１反应气体操作压力对电池堆性能影响 图４所示为反应气体操作压力条件（阳极侧与阴极侧压
力相同）对电池堆Ｖ－Ｊ特性和功率特性曲线的影响关系。从图 ４中可看到，虽然空气压力条件对电池堆性能有较大的影响，
收稿日期：２００９—０２—０２ 基金项目：上海市科委重大专Ｎ（０６ ｄｚ １ ２０２１） 作者简介：王东（１９７５一），男，贵州省人。博士。高级工程师，主 要研究方向为化学电源、氢能、燃料电池及水电解技术。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ（１ ９７５－－），ｍａｌｅ。Ｐｈ Ｄ，ｓｅｎｉｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
高功率薄型金属双极板ＰＥＭ燃料电池堆研究
王 东，王 涛，张 伟，刘 向，张新荣 （上海空间电源研究所，上海２００２３３）
摘要：对高功率车用薄型金属双极板ＰＥＭ燃料电池堆模块进行测试研究。电池堆模块可在空气压力”０。３００ ｋＰａ
条件下工作，表现出良好的高、低压兼容特性。当空气压力３００ ｋＰａ。电池堆温度７０℃。工作电流３５０ Ａ时。电池堆输 出功率可达２７．２ ｋＷ，其质量和体积比功率分别为７７７ Ｗ／ｋｇ和１ ０１５ Ｗ／Ｌ。单电池电压方差求和计算结果显示。在工 作电流５０—１２０Ａ的窗口区间内，单池电压具有相对最好的均匀一致性。在３２０Ａ（约为１ Ｎｃｍｚ）放电电流下，使用纯
参数 空气进口压力／ｋＰａ 空气出口压力／ｋＰａ 氢气进口压力／ｋＰａ 氢气出口压力／ｋＰａ
输出功率／ｋＷ 输出电流，Ａ 质量比功率／ｍ，·ｋｇ－１） 体积比功率／ｎｖ·Ｌ－１）
１１０ Ｏ
１１０ １０６ １６６ ２２０ ４７４ ６１９
１３０ １１３ １３０ １２８ １８ ５ ２５０ ５２９ ６９０
性能参数
目前，ＰＥＭ燃料电池技术要实现成功的市场突破还面临 工程、制造和市场研究化进程中诸多技术挑战。面对更多的技 术需求、更高的可靠性和更低成本的市场需求，现有的ＰＥＭ． ＦＣ材料和设计尚需进一步改进㈣。
金属双极板是ＰＥＭ燃料电池关键功能部件，对电池堆质 量、体积、成本以及可靠性等方面影响占有很大权重。金属相 对石墨材料具有可靠性高，导电、导热性好，透气率低等优 势【ｌ＿２】。所以，采用金属双极板现已成为ＰＥＭ燃料电池技术的 一个重要的研究方向。如果采用较薄的金属箔带（厚度 ０．０５～０．１０ ｍｍ）通过滚压或冲压方式直接进行流场加工成 形，不但可弥补金属极板密度大的不足，而且还可适于批量生
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Ｆｉｇ．４
图４ 操作压力对电池堆性能影响 Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｇａｓ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
但在１ １０～３００ ｋＰａ空气压力条件范围内均可稳定运行，这与 电池堆所采用的流场结构设计密切相关。图４中，电池堆在不
同压力条件下的最大测试电流和相应输出功率列于表３，进 而可以计算出电池堆比功率特性。当操作压力为３００ ｋＰａ，工 作电流３５０ Ａ（Ｉ．Ｉ Ａ／ｅｒａ２）时，电池堆输出功率达到２７．２ ｋｗ，质 量比功率和体积比功率分别为７７７ Ｗ／ｋｇ和ｌ ０１５ Ｗ／Ｌ。
表３反应气体压力对电池堆输出特性影响 Ｔａｂ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｔａｃｋ ｏｕｔｐｕｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
关键词：质子交换膜燃料电池；金属双极板；性能
中图分类号：ＴＭ ９１ １．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２００９）０８－０６７９—０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ ｍｅｔａｌ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅ ＰＥＭ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ
ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ，ＬＩＵ Ｘｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ—ｒｏｎｇ （ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｐａｃｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）
１．３电池堆装配 电池堆采用传统“压滤机”式装配结构。分别对１２６ｃｅｌｌ
和４ｃｅｌｌ两个电池堆（如图２所示）进行极化特性和耐久性测 试。表１列出了１２６ｃｅｌｌ电池堆的主要参数。
台进行。 测试过程中，通过测试系统计算机及测试软件设定所需
试验气体的压力、温度、湿度和流量。电池堆循环冷却剂为去 离子水，其人口温度、压力和流量等参数可设定，通过控制循
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ａ ｔｈｉｎ ｍｅｔａｌ ｂｉｐｏｌａｒ－ｐｌａｔｅ ＰＥＭ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ｖａｌｉｄａｔｅｄ． Ｉｔ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｉｎ ａ ｗｉｄｅ ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ １ １０—３００ ｋＰａ ｂｙ ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｅｌｅｃｔｒｉｃａＩ ｐｏｗｅｒ ｒｅａｃｈｅｄ ２７．２ ｋＷ ｏｐｅｒａｔｅｄ ａｔ ３５０ Ａ ａｎｄ ７０℃ｗｉｔｈ ３００ ｋＰａ ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ ａｉｒ．Ｓｏ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ａｐｐｒｏａｃｈｅｄ ７７７ Ｗ／ｋｇ ａｎｄ １ ０１ ５ Ｗ／Ｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｖａｒｉａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｕｎｉｆＯｒｍｉｔｙ ｏｆ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｃｅｌｌ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｈａｄ ａ ｌｏｗｅｒ ｃｅｌｌ ｔｏ ｃｅｌｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ａｔ ｌｏａｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ５０ Ａ ｔｏ １ ２０ Ａ．Ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｐｕｒｅ Ｈ２ ａｎｄ ０２ ｗａｓ ａｂｏｕｔ １ ０％ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｕｓｉｎｇ Ｈ２ ａｎｄ ａｉｒ ａｔ ａ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ３２０ Ａ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ １ Ａ／ｃｍ２．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２ ９００ ｈ ｗｉｔｈ ａ ４－ｃｅｌｌ ｓｈｏｒｔ ｓｔａｃｋ ａｔ ａ ｇｉｖｅｎ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ ｂｙ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｔ １ ００ Ａ．Ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ａｂｏｕｔ １ ０ ｍＶ／ １ ０００ ｈ ｉｎ ａｖｅｒａｇｅ ｃｅｌｌ ｖｏｌｔａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＥＭＦＣ：ｍｅｔａｌ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅ：ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ