闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析

黎卓强; 江小辉; 杨曦

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闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析

清洁能源与储能 | 更新时间：2026-04-24

- 闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析
- 闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析
- 中外能源 2026年31卷第3期页码：29-36
- 作者机构：
  
  1. 上海理工大学机械工程学院航空航天高性能制造技术共性研发平台
  2. 上海捷氢科技股份有限公司
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  上海市2024年度“科技创新行动计划”启明星项目“高性能商用燃料电池双极板流场能质传递强化设计及堆栈热控制的基础研究”(编号：24YF2714300)
- DOI：
  中图分类号： TM911.4
- 纸质出版：2026
- 稿件说明：
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黎卓强, 江小辉, 杨曦. 闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析[J]. 中外能源, 2026,31(3):29-36.

黎卓强, 江小辉, 杨曦. 闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析[J]. 2026, 31(3): 29-36.
黎卓强, 江小辉, 杨曦. 闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析[J]. 中外能源, 2026,31(3):29-36. DOI：

黎卓强, 江小辉, 杨曦. 闭合式质子交换膜燃料电池轻量化结构响应分析[J]. 2026, 31(3): 29-36. DOI：

摘要

空冷质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为高效清洁的能量转换装置，凭借零排放、启动迅速、结构紧凑的核心优势，在电动汽车、无人机、便携式电子设备等质量敏感型场景中展现出广阔应用前景。通过风扇直接供给空气并同步实现电堆冷却，省去了水冷系统所需的压缩机、散热器等复杂辅助设备，显著降低了系统体积与质量，精准契合轻量化应用需求。当前，空冷PEMFC主流产品为石墨开放式结构，但其存在两大短板：一是石墨材料质量较大，二是开放式结构易引发膜电极脱水问题。为此，提出金属冲压闭合式空冷结构方案，采用Abaqus和Fluent软件开展力学与电化学性能分析，结合CPS-2000万能压缩实验装置完成验证，系统探究进气腔口内支撑垫块的截面几何形状、不同壁厚参数对电池腔口抗压缩性能、密封可靠性及轻量化后电流密度分布的影响机制。研究结果表明：矩形截面支撑垫块的抗压缩强度及密封件接触压力分布显著优于梯形截面；壁厚对电池力学性能存在临界影响，当壁厚为0.21mm时，电池边际效益达到最大值；此外，轻量化后的金属单电池在高电流密度下其性能优于石墨电池。

Abstract

关键词

Keywords

references

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