也将对电池的性能有重要的影响作用。
　　水分的含量对于质子交换膜燃料电池的性能影响主要是影响质子交换膜的导电率和气
体所发生的电化学反应。在燃料电池的组装过程中，扩散层会因为紧固螺栓的加紧力大小的
而产生形变，而随着紧固作用的变化扩散层中孔隙率和渗透率也会变化，那么必将影响到
水的传输作用，影响电池的性能。
　　通常，人们认为扩散层中微孔的体积发生了改变就代表了扩散层发生了形变，较大的
微孔体积方便水的传递。而在孔隙率减小的情况下，水分会产生堵塞毛细孔的现象，故有效
孔隙率的分布受到阴极产生的水分的影响。因此，由迭代过程中水的生成量决定有效孔隙率
的改变。
　　由于紧固作用的变化导致扩散层变形，可能会产生对孔隙率的变化而导致水的生成以
及接触电阻的变化所发生的影响。
　　本文主要运用一个两相的质子交换膜燃料电池模型进行研究不同的紧固作用下扩散层
的变形形状以及对电池性能的影响。
　　四、

CAE 模型分析条件与结果

　　在模型中，研究电池极板的紧固作用与质子交换膜燃料电池输出特性之间的关系，将
燃料电池的进气温度设定为

70

℃，将阳极和阴极相对应的气体流量分别设定为 0.4 和 1.0 

L/min,燃料电池的反应气体工作压力分别设定为 1MPa,反应气体的相对湿度 RH=1.0.扩散层
的最初的厚度和孔隙率分别为

0.38mm 和 0.78mm.我们分别研究了 2.0MPa,2.5MPa,3.5MPa

和

4.5MPa4 种不同紧固作用情况下质子交换膜燃料电池的性能变化。

　　紧固作用越大，则导致的扩散层的厚度越小。因此，扩散层厚度的变化可以计算出孔隙
率和渗透率的变化。扩散层中空隙处的体积以及其孔隙率就可以根据下列公式的厚度变化来
计算出来，

 是扩散层最初的厚度和孔隙率， 是压缩后的实际厚度。

　　

　　通过上述公式对数模进行模拟计算，在紧固作用下，当压力为

 4.5MPa 时，脊部下方

的平均孔隙率是原来的

 61.22% ;当压力是 3.5Mpa 时，脊部下方的平均孔隙率是原来的

77.17% ;当压力是 2.5MPa 时，脊部下方的平均孔隙率是原来的 86.98% ;当压力是 2MPa 时，
脊部下方的平均孔隙率是原来的

89.92%.所以紧固压力越大，平均孔隙率越小。

　　图

2 给出了 4 种模型的极化曲线。它们分别表示了在不同的紧固作用下的电池的性能变

化情况。由图中可以看出，在一定的范围内，燃料电池的性能先提高后降低。当夹紧力为
3.5MPa 时，燃料电池的性能达到最佳状态。而 4.5MPa 时则出现了明显的波动。根据我们之
前的分析来判断，这显然是由于紧固作用加大了电导率，改善了性能，导致燃料电池的性
能提高。而后的燃料电池性能下降则是因为阴极扩散层中水含量逐步增大，引起的有效孔隙
率的降低所导致。