发布时间：2023-05-06 08:46:16
不同螺栓夹紧力下作为气体扩散层的三种型号碳纸与双极板之间接触电阻的试验结果见图3。
螺栓夹紧力的不足使得燃料电池各组成部件之间不能很密封，导致反应气体向外泄漏，同时使得燃料电池界面接触电阻增加，整体性能下降。但过大的夹紧力又会降低气体扩散层的孔隙率，增大气体扩散阻力甚至损伤燃料电池的组成的部件。因此了解螺栓夹紧力与接触电阻的关系对***化燃料电池性能尤为重要。
从图中还可看出带填平层碳纸HCP120的接触电阻比不带填平层碳纸HCP020P和HCP030P的接触电阻总体上要大，但随着夹紧力的增大下降也较快。
质子交换膜（Proton exchange membrane,PEM）燃料电池作为新型能源的重要应用备受世界瞩目，它利用氢气作为燃料，空气或氧气作为氧化剂进行逆电解水的电化学反应产生电能，具有***、工作温度低和启动性能好等优点。如何降低成本、提升燃料电池的性能成为广大学者研究的焦点。
这主要是由于接触表面粗糙，接触开始时，并非两个平面完全接触，而是这些表面不平的凹凸粒子相互接触，随着夹紧力的增大，接触粒子越来越多，接触面积越来越大，因此接触电阻下降较快，之后，接触粒子增加到一定程度，接触面积增加缓慢，因此接触电阻下降较慢且平缓。
式中，表示双极板与气体扩散层界面接触面积。和的单位分别为cm2和mΩ·cm2，接触电阻率与所测材料几何参数无关，仅与材料性能相关。
而双极板与气体扩散层界面接触电阻对PEM燃料电池的电学性能有着重要影响。燃料电池封装时，螺栓夹紧力的大小是影响接触电阻的关键因素之一。
结果表明，随着螺栓夹紧力的增加，双极板与气体扩散层界面接触电阻呈下降趋势，起初下降较快，然后下降逐步平缓。基于有限元软件开发一个力-电耦合程序预测得到了双极板与气体扩散层界面接触电阻，其结果与试验结果吻合较好。同时采用有限元法分析螺栓夹紧力对气体扩散层孔隙率变化的影响。结果表明，随着螺栓夹紧力的增加，气体扩散层孔隙率降低，特别是双极板与气体扩散层接触圆角区域，下降最为明显。
关键词：接触电阻 双极板 气体扩散层 夹紧力 孔隙率 质子交换膜燃料电池
离散点为试验所测结果，三条曲线为试验结果拟合所得。可以看到，接触电阻随着螺栓夹紧力的增加而下降，对于HCP120夹紧力从1.6MPa到2.8MPa时接触电阻下降较快，然后逐渐下降平缓。而对于不带填平层的HCP020P和HCP030P，当夹紧力为1.6MPa到2.0MPa时接触电阻下降较快，然后逐渐下降平缓。
目前，已有许多学者对双极板与气体扩散层界面接触电阻进行了研究。如，MISHRA等基于分形粗糙理论预测了双极板与气体扩散层间接触电阻。WANG等研究了碳纸和四种不锈钢双极板之间的接触电阻。IHONEN等用原位法研究了接触电阻与时间、夹紧力、气体压力和电流密度的关系。ZHOU等通过预测接触电阻的变化，得到了一组双极板结构的最化化参数。XING等建立了一个三维模型并采用全局搜索方法研究了质子交换膜燃料电池的***化夹紧力。
