技術(shù)分享：燃料電池金屬雙極板流場(chǎng)參數(shù)對(duì)成形效果的影響

燃料電池主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層、空氣擴(kuò)散層和雙極板組成。雙極板作為燃料電池的核心部件，在燃料電池中，起到了膜電極結(jié)構(gòu)支撐、分隔氫氣和氧氣、收集電子、傳導(dǎo)熱量、提供氫氣和氧氣通道、排出反應(yīng)生成的水、提供冷卻液流道等諸多重要作用，其性能很大程度取決于流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

在金屬雙極板成形過程中，密切相關(guān)的因素有材料（抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、n值等）、成形機(jī)（壓力穩(wěn)定性、行程精度等）、模具結(jié)構(gòu)和精度（結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、加工精度、流道表面粗糙度、模具調(diào)整方法等）以及流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

隨著新天宇公司從事燃料電池金屬雙極板模具設(shè)計(jì)開發(fā)的種類和數(shù)量增多，工程技術(shù)人員在成形分析、模具設(shè)計(jì)與模具調(diào)試過程中，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討了流場(chǎng)參數(shù)對(duì)流場(chǎng)成形效果（流場(chǎng)起皺、開裂、流程深度差、翹曲等）的影響，通過本文，以供金屬雙極板流場(chǎng)設(shè)計(jì)者參考。

一、流場(chǎng)參數(shù)：

目前流場(chǎng)形狀有直通道、蛇形、螺旋形、交指型和網(wǎng)格形等，同時(shí)相關(guān)研究人員也在不斷開發(fā)新型流場(chǎng)，如仿生流場(chǎng)、3D 流場(chǎng)，而實(shí)際應(yīng)用中，以氧極板采用直通流道、陰極板采用S形流道居多。

流場(chǎng)參數(shù)主要有流道拔模斜度、開口內(nèi)圓角、根部圓角、流道寬度、流道深度，流道間距、S形流道波長(zhǎng)和波高等。

二、流場(chǎng)參數(shù)與成形結(jié)果的關(guān)系

1. 拔模斜度的影響

通過對(duì)拔模斜度的計(jì)算和有限元分析，可得到拔模斜度和延伸率成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

在一次成型的情況下，18°以下拔模角，拉延時(shí)實(shí)際延伸率通常超過50%，極容易出現(xiàn)流場(chǎng)開裂的情況，特別是S形流場(chǎng)的轉(zhuǎn)角處，建議一次拉延最小拔模角≥20度。

2. 圓角的影響

通過計(jì)算和分析，圓角半徑和實(shí)際延伸率成負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)使用不銹鋼SUS316L，材料厚度0.1mm，一次成型的情況下，建議最小圓角半徑≥0.1mm。

3. 成型次數(shù)的影響

通過分析和試驗(yàn)，建議的成形次數(shù)和成型角與圓角的關(guān)系：

4. 材料、成型角和流道之間步距的關(guān)系

通過試作不同材料，不同流道間距和流道高度，試驗(yàn)得到如下結(jié)論：

1）使用SUS316L材料，當(dāng)流場(chǎng)高度0.5時(shí)，最小流道間距可達(dá)到1.1，平面寬度0.2；

2）使用TA1材料，當(dāng)流場(chǎng)高度0.5時(shí)，最小流道間距可達(dá)到1.4，平面寬度0.4；

以上數(shù)據(jù)僅做參考，不作為金屬雙極板流場(chǎng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也歡迎同行和金屬板設(shè)計(jì)者批評(píng)指正。