项目名称: 基于切削金属纤维的甲醇燃料电池多孔流场板制造及优化基础研究

项目编号: No.51475172

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 袁伟

作者单位: 华南理工大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 流场板是燃料电池的关键元件,解决其高效制造问题对于燃料电池真正走向市场化具有重要意义。本项目针对直接甲醇燃料电池(DMFC)的结构和操作特点,提出采用多齿切削工艺加工金属纤维并经过高温烧结工艺制造多孔流场板的技术路线。围绕金属纤维切削加工工艺,重点研究工艺参数对纤维表面形貌生成过程的主动控制策略,建立纤维表面形貌的宏/微统一描述模型并揭示其尺度效应;围绕流场板高温固相烧结工艺,重点研究工艺参数对流场板烧结成形质量及其结构和形貌的影响机制,探索梯度孔隙的高效制造工艺,建立三维网状结构拓扑模型和纤维几何约束关系的描述方法;在表征多孔流场板关键物化特性的基础上,重点研究其对DMFC内部质/热传递过程的影响机理,优化流场板在反应物和产物高效管理中的功能机制,最终建立集工艺、结构和功能于一体的优化策略。项目成果能够为DMFC流场板的制造开辟新的途径,为DMFC在移动便携领域应用奠定技术和理论基础。

中文关键词: 金属切削;金属纤维;多孔金属;流场板;燃料电池

英文摘要: Flow field plate is a key component in the fuel cell. Therefore, it is of great significance to address the manufacturing issue related to the flow field plate so as to promote the commercialization process of fuel cells. In view of the structural and operational characteristics of a direct methanol fuel cell (DMFC), this project proposes a technical solution consisting of the metal fiber multi-tooth cutting and high-temperature sintering to produce porous flow field plate. As for the metal fiber production by multi-tooth cutting, we focus primarily on the active control strategy of process parameters acting on the formation process of metal fiber surface morphology. We also attempt to establish the macro/micro integrated model to describe the surface morphology and reveal its scale effect. As for the high-temperature solid-phase fiber sintering, we focus on the influence of process parameters on the formation quality, structure and morphology of the flow field plate. Moreover, the method of creating gradient porous structures will be explored. We aim to construct the model for describing the topology of its three-dimensional net-like structure as well as the constraining relationship among fibers. The critical physical and chemical properties of the flow field plate will be characterized and its effects on the mass and heat transfer mechanisms will be also inspected. More importantly, how to optimize the function of the flow field plate in management of reactants and products will be investigated. The final objective is to achieve the optimization strategy comprised of technical, structural and functional factors. The outcome of this project is able to open a new way for flow field production and lay the foundation for mobile and portable applications of DMFCs.

英文关键词: metal cutting;metal fiber;porous metal;flow field plate;fuel cell

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