殷骏 杨帆 杨代军 周伟 蓝弋林

（同济大学，上海 201804）

主题词：质子交换膜燃料电池 一体化密封单电池 密封结构 力学仿真

1 前言

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）具有高效率、低污染、低噪声的优点，适用范围广[1-3]。近年来，PEMFC 尤其受到汽车公司的青睐，已成为新能源汽车领域的研究热点。PEMFC 相关的研究中，针对双极板、膜电极组件（Membrane Elec⁃trode Assembly，MEA）等核心零部件的研究较多，而针对PEMFC密封件，尤其是其耐久性的研究很少。然而，因PEMFC密封失效、膜破损引发的电堆可靠性、耐久性问题却极大地影响着整个燃料电堆的性能和寿命，也是电堆安全性和可靠性的最大威胁。

传统PEMFC 的阳极板、阴极板和MEA均为独立制造。为了减少零部件的数量，可将密封件与极板或MEA附着加工成组合体，依靠装配压力组合成为单电池。传统单电池一般通过密封圈实现对氢气、空气和冷却液的密封，称作线密封结构，其结构简单、直观、易于加工。然而，由于单片密封件制造存在误差，在长期服役中极板之间受力稳定性和一致性较差。而当面间受力不均匀时，易导致单电池内部与节间接触电阻、热阻产生较大差异，从而难以保证整堆发电时的一致性[4-5]。丰田汽车公司公开了一种燃料电池单体电池[6]，基本解决了上述密封相关问题，其并非使用O 型密封圈对双极板与MEA进行密封，而是使用一种树脂框架对双极板和膜电极进行限位，但该结构并未使树脂框架均匀地包覆在电解质膜周围，因此在较大温差的工作条件下树脂框架造成的局部压力可能对电解质膜造成损伤。……