机械工程学报

作者：柯育智, 袁伟, 张少鹏, 周飞鲲, 鲁亮, 汤勇

单位：1. 华南理工大学机械与汽车工程学院 广州 510640;2. 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院 佛山 528225;3. 广东云韬氢能科技有限公司 广州 510440

关键词：燃料电池,质子交换膜,微热压,热力耦合,本构模型；

基金：国家自然科学基金联合基金重点(U22A20193)和广东省自然科学基金粤佛联合基金(2021B1515120031)资助项目。

质子交换膜是燃料电池内部传导氢质子的核心功能元件，传统二维光滑膜表面存在质子传输性能差、三相反应界面小等问题。构建膜表面功能微结构是发展高性能燃料电池的潜在途径。为揭示质子交换膜微热压制造结构成型过程中的热-力耦合作用机制，研究质子交换膜在不同温度及应力作用下的弹塑性及黏弹力学性能，构建并验证质子交换膜的黏弹本构模型，揭示质子交换膜表面结构微热压制造过程中的成型机制。研究结果表明在相同拉应力作用下，提高膜的温度，质子交换膜的弹性变形区间减小，塑性变形区间延长。温度升高，膜的弹性应变占比降低，黏性应变占比提高。此外，热-力耦合条件的变化引起质子交换膜内部的分子链内在取向改变，从而改变膜的黏弹力学性能。最后通过多因素权重因子分析得到压应力、热压温度和热压时间的权重因子值。研究表明选择合适的制造温度和应力有助于实现质子交换膜表面结构的高性能制造。

来源：2024年第14期

《机械工程学报》期刊编辑部

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