质子交换膜燃料电池/电解池接触电阻测量系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科学技术的发展以及传统化石燃料的日益减少，开发新能源已经成为当代科学研究的一个重要方向。目前，全球各地对于新的汽车排放标准的制定与落实基本完成，越来越多的科研工作者和企业开始寻找新的汽车动力源。燃料电池是一种很有前途的电力技术，具有广泛的应用前景。燃料电池可以作为固定电源，为汽车提供“微电网”和近零排放，特别是质子交换膜燃料电池(pemfc)由于其工作温度低、排放低、启动快等优点受到了广泛的关注。

然而，高成本、低功率密度和系统寿命问题仍然是燃料电池广泛使用的主要障碍，而其中电池内部欧姆极化对于电堆的整体性能有着重要影响。电池内部欧姆极化主要包括体积电阻与接触电阻两部分。donghao ye^[1]运用多级探针测量装置对电堆中欧姆极化进行了测量和分析，发现燃料电池内阻主要来源于质子交换膜和催化层的体积电阻以及gdl与bpp间接触电阻，两者约各占总电阻的50%；陈骏^[2]通过电堆耐久性测试对电堆内阻损耗与变化情况进行分析，发现欧姆损耗带来的电堆性能衰减约占52.04%，并且其内阻分布存在非均一性问题。可见，电池内阻是影响电池工作的主要问题。美国能源部于2011年提出到2017年质子交换膜活性区域的质子阻抗应小于20mΩ·cm2;双极板的电阻包括接触电阻应小于20mΩ·cm2。如今，大部分质子交换膜已能够达到要求，由于交换膜需具有一定的机械强度无法无限做薄，因此，降低接触电阻对于减少电堆功率损失具有重要意义。

目前，国内外学者对于接触电阻的测量提出过诸多方案，heli wang^[3]对戴维斯法进行改进，在忽略双极板与扩散层的体积电阻的情况下，将“电极—gdl—bp—gdl—电极”和“电极—gdl—电极”两次模型电阻做差得出极板与扩散层接触电阻，这种测量对于测试地点与环境要求较低，测试设备相对简单，是一种经济方便且稳定的非原位测量方法；s.ladrea^[4]在heliwang^[3]的非原位测试装置基础上对一侧极板表面进行镀金处理，增加了测量的精确度，另外还提出一种在电池扩散层薄层间和双极板上接入金丝作为电极测量的原位测试系统。以上两种为目前主流的较为经济的测量方法，对于不同电堆系统，很多学者也提出了类似的测量装置，均能较为准确的测量出接触电阻，对于研究电池接触电阻特性提供了重要方法。

2. 研究的基本内容与方案

设计的基本内容：

（1）通过查阅文献资料，研究影响接触电阻的因素及降低接触电阻的方法；

（2）通过查阅文献掌握接触电阻原位与非原位测量方法及测试方案的基础上，分别设计一种接触电阻原位与非原位测量方案（包括设计原理图）；

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] ye d, gauthiere, benziger j b, et al. bulk and contact resistances of gas diffusion layers inproton exchange membrane fuel cells[j]. journal of powersources, 2014, 256: 449-456.

[2] 陈骏.金属双极板质子交换膜燃料电池内阻研究[d]. 武汉：武汉理工大学，2014.

[3] wang h,sweikart m a, turner j a. stainless steel as bipolar plate material for polymerelectrolyte membrane fuel cells[j]. journal of powersources, 2003, 115(2): 243-251.