[发明专利]一种气体扩散层抗变形服役能力评价方法、组装优化方法

说明书

本发明涉及一种气体扩散层抗变形服役能力评价方法、组装优化方法，包括：将气体扩散层面电阻分解为纤维轴向电阻和纤维间接触电阻；计算不同应变对应的面电阻和纤维轴向电阻；计算不同应变下的纤维间接触电阻与面电阻的比值，绘制纤维间接触电阻占比与应变/压力关系图；基于绘制的关系图确定气体扩散层的弹塑性变形区域；基于弹塑性变形区域宽度评价气体扩散层抗变形服役能力并根据弹塑性变形区域对应的压力区间确定最优组装压力区间。与现有技术相比，本发明能够反映压缩变形时气体扩散层内的微观结构特征的变化，实现气体扩散层抗变形服役能力的可靠评价，并实现气体扩散层的组装压力的可靠优化。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种气体扩散层抗变形服役能力评价方法、组装优化方法。

背景技术

气体扩散层(GDL)一般是由碳纤维和树脂碳化后组成的多孔材料制成，气体扩散层在燃料电池中承担着传质、传热、导电、结构支撑等作用，其物质传输和导电导热能力均与压缩变形有关。现有技术中能够通过压缩实验得到气体扩散层压力与变形的关系曲线，也可以得到其电热性能与压缩压力(或变形)的关系曲线。但由于气体扩散层微观结构的复杂性，这些曲线均不能表征气体扩散层微观上纤维接触、滑移、断裂等变化情况，即不能反应其抗变形服役能力。

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气体扩散层抗变形服役能力评价方法、组装优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气体扩散层抗变形服役能力评价方法，该方法包括：

将气体扩散层面电阻分解为纤维轴向电阻和纤维间接触电阻；

计算不同应变对应的面电阻和纤维轴向电阻；

计算不同应变下的纤维间接触电阻与面电阻的比值，绘制纤维间接触电阻占比与应变/压力关系图；

基于绘制的关系图确定气体扩散层的弹塑性变形区域；

基于弹塑性变形区域宽度评价气体扩散层抗变形服役能力。

优选地，不同应变对应的面电阻通过如下方式获得：

实验获取气体扩散层应变随压力的变化曲线；

实验获取气体扩散层面电阻随压力的变化曲线；

转换计算得到气体扩散层面电阻随应变的变化曲线。

优选地，不同应变对应的纤维轴向电阻通过下式获取：

其中，R_cf为纤维轴向电阻，t₀，分别为气体扩散层初始厚度和初始孔隙率，ρ_cf为纤维轴向电阻率，β为长度分布概率系数，ε为应变。

优选地，长度分布概率系数β的取值为1.0～3.0。

优选地，不同应变下的纤维间接触电阻与面电阻的比值通过下式计算：

其中，ε为应变，ψ(ε)为纤维间接触电阻与面电阻的比值，R_cf为纤维轴向电阻，R_GDL为面电阻。

优选地，当绘制纤维间接触电阻占比与应变关系图时直接通过计算的不同应变下的纤维间接触电阻与面电阻的比值绘制变化曲线。

优选地，当绘制纤维间接触电阻占比与压力关系图时，基于实验获取的气体扩散层应变随压力的变化曲线，将计算的不同应变下的纤维间接触电阻与面电阻的比值转换为不同压力下的纤维间接触电阻与面电阻的比值并绘制变化曲线。

优选地，所述的基于绘制的关系图确定气体扩散层的弹塑性变形区域的方法包括：