[发明专利]一种改善气体扩散层服役条件的脊下转角设计方法

说明书

本发明涉及一种改善气体扩散层服役条件的脊下转角设计方法，该方法包括：获取基本参数，包括脊的宽度、GDL厚度、GDL预期压缩量，设脊下转角的弧为AB，弧AB的端点A为脊下转角与GDL层的切点，弧AB的端点B在GDL层上的投影点为C，B、C两点的距离为a，A、C两点的距离为b；构建GDL压缩仿真分析模型，将a设为固定值，获取不同b值对应的GDL上表面接触压力；根据GDL上表面最大接触压力与b值对应关系，确定b的最优值；根据b的最优值确定脊下转角半径。与现有技术相比，本发明能够消除脊下局部应力集中，改善服役条件，延长使用寿命，同时保证双极板与气体扩散层之间有着足够的有效接触。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种改善气体扩散层服役条件的脊下转角设计方法。

背景技术

随着全球能源朝着低碳化方向发展，燃料电池技术越来越受到重视。燃料电池主要由双极板(BPP)、气体扩散层(GDL)、催化层、质子交换膜等组成。其性能和使用寿命取决于气体扩散层(GDL)内物质传输和导电导热能力。现有研究表明：在组装压力下气体扩散层嵌入流道内，且在脊下转角处形成应力集中，呈现出显著的变形不均匀现象。局部应力集中会导致碳纤维断裂，影响生成水从GDL中排出和导电导热，不均匀的变形则影响气体扩散层内的物质输运。虽然研究表明增大脊下转角半径能够有效缓解局部应力集中现象，但由于脊的宽度有限，为了保证燃料电池双极板和气体扩散层之间的良好接触，传统燃料电池脊下转角设计如图1所示，A为脊下转角的终点，A为脊下转角与气体扩散层上表面的相切点，B为脊下转角的转角起始点，C为A点在气体扩散层的垂直投影点，B、C两点的距离为a，A、C两点的距离为b，a为GDL预期压缩量，传统燃料电池脊下转角设计时直接将b设计为等于a，此种设计方式下，脊下转角半径很小，不能够有效的规避脊下局部应力集中和改善不均匀变形。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改善气体扩散层服役条件的脊下转角设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种改善气体扩散层服役条件的脊下转角设计方法，该方法包括：

获取基本参数，包括脊的宽度、GDL厚度、GDL预期压缩量，设脊下转角的弧为AB，弧AB的端点A为脊下转角与GDL层的切点，弧AB的端点B在GDL层上的投影点为C，B、C两点的距离为a，A、C两点的距离为b；

构建GDL压缩仿真分析模型，将a设为固定值，获取不同b值对应的GDL上表面接触压力；

根据GDL上表面最大接触压力与b值对应关系，确定b的最优值；

根据b的最优值确定脊下转角半径。

优选地，将a设置为等于GDL预期压缩量。

优选地，构建GDL压缩仿真分析模型具体为：设置b的长度分别为a的n倍，n＝1～6，以弧AB作为脊下转角确定转角半径，分别获得不同b值下的GDL压缩仿真分析模型。

优选地，b的最优值通过如下方式确定：选取GDL上表面最大接触压力最小时对应的b的大小作为b的最优值。

优选地，脊下转角半径通过如下方式获得：连接A、B两点，作线段AB的垂直平分线l₁，过A点做线段AC的垂线l₂，l₁、l₂相交于O点，线段OA的长度为脊下转角半径。

优选地，构建GDL压缩仿真分析模型时构建脊下转角半径与b值的对应表，进而根据b的最优值确定脊下转角半径时通过查表方式获得。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：