基于新型結(jié)構(gòu)銅板的PEMFC雙極板接觸電阻測(cè)量

豐 勝， 陳姝彧, 諶 祺， 李水祥， 韓小濤

(1.華中科技大學(xué)國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心，湖北武漢430074；2.華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)能夠在低溫條件下(60～80 ℃)將燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣)中的化學(xué)能直接連續(xù)地轉(zhuǎn)化為電能，不受卡諾循環(huán)的限制，因此能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)40%～60%，且理論上反應(yīng)的唯一產(chǎn)物為水，對(duì)環(huán)境十分友好[1]。燃料電池具有高效率、無(wú)污染、建設(shè)周期短、易維護(hù)的特點(diǎn)，不僅是汽車(chē)最有前途的替代清潔能源，還能廣泛用于航天飛機(jī)、潛艇、水下機(jī)器人、通訊系統(tǒng)、中小規(guī)模電站、家用電源，適合提供移動(dòng)、分散電源和接近終端用戶的電力供給。目前，PEMFC 的商業(yè)化雖受到國(guó)內(nèi)外汽車(chē)、能源等眾多行業(yè)的關(guān)注，但仍存在制造成本、壽命等問(wèn)題亟待解決。雙極板作為PEMFC 中最重要的部件之一，占電池總質(zhì)量的60%～80%，成本超過(guò)電池總造價(jià)的40%[2]。傳統(tǒng)石墨極板由于流道加工成本高、強(qiáng)度低且脆性大，難以大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)；金屬材料雙極板解決了加工難度和成本問(wèn)題[3]，但其直接影響電池壽命的耐腐蝕性能仍有待提高，且金屬材料本身接觸電阻過(guò)高也制約了PEMFC 的商業(yè)化。研究表明，在PEMFC 的電效率損耗中，雙極板與氣體擴(kuò)散層間的界面接觸電阻占電池總內(nèi)阻的50%以上，是直接影響電池輸出性能的核心因素之一[4]?，F(xiàn)有的金屬極板材料由于接觸電阻高的緣故已無(wú)法滿足日益嚴(yán)苛的電池性能標(biāo)準(zhǔn)要求，因此金屬雙極板在投入實(shí)際應(yīng)用前通常會(huì)進(jìn)行各類(lèi)表面改性處理[5-6]，鍍層的品質(zhì)會(huì)在一定程度上影響雙極板的電磁特性。表面接觸電阻是衡量材料電磁性能的重要參數(shù)，有可能成為現(xiàn)有極板鍍層材料替代品的接觸電阻更低的TiN[7]、CrN[8]等鍍層逐漸為人們所關(guān)注，因此準(zhǔn)確測(cè)定這類(lèi)鍍層材料與PEMFC 擴(kuò)散層之間的接觸電阻就顯得尤為重要。本文設(shè)計(jì)了一種用于PEMFC 雙極板接觸電阻測(cè)量的適用范圍更廣的新型結(jié)構(gòu)鍍金銅板，并用于提高雙極板材料尤其是低接觸電阻材料的測(cè)量準(zhǔn)確性。

1 燃料電池雙極板接觸電阻測(cè)量方法

如圖1 所示，PEMFC 通常由一個(gè)或者多個(gè)單元電池串聯(lián)組裝而成, 而每個(gè)單電池一般由以下部分組成：膜電極組件(MEA)、雙極板(Bipolar plates)、密封件(Gaskets)單元和端板(End plates)。其中膜電極由質(zhì)子交換膜和氣體擴(kuò)散層組成。典型單體PEMFC 的內(nèi)阻包括電池內(nèi)各組件的本體電阻如雙極板(RBP)、擴(kuò)散層(RGDL)、催化層(RCL)和質(zhì)子交換膜(RPEM)，也包括電池內(nèi)不同層間的界面接觸電阻，如雙極板/氣體擴(kuò)散層(RBP-GDL)、氣體擴(kuò)散層/催化層(RGDL-CL)、催化層/膜的接觸電阻(RCL-PEM)，其中占電池總內(nèi)阻50%以上的雙極板和氣體擴(kuò)散層間的接觸電阻RBP-GDL對(duì)電池輸出性能的影響最為嚴(yán)重。

圖1 單體質(zhì)子膜燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 傳統(tǒng)雙極板接觸電阻離線測(cè)量方法

目前對(duì)PEMFC 雙極板的接觸電阻測(cè)定普遍采用由Wang等[9]開(kāi)發(fā)的一種離線測(cè)定方法，該方法同樣作為中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBT20042.6-2011)及美國(guó)能源部的燃料電池技術(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[10]，測(cè)試原理如圖2 所示：在兩塊鍍金銅板之間依次放置碳紙和待測(cè)樣品，將恒流源接至兩塊鍍金銅板上，通入恒定直流電流，通過(guò)壓力測(cè)試機(jī)在上下銅板兩側(cè)施加不同壓力，讀取電壓表示數(shù)及樣品面積，按式(1)換算得到總電阻值R，式中：V 為電壓表示數(shù)，I 為恒流源直流，As為待測(cè)樣品與碳紙正對(duì)接觸面，RC/specimens為樣品與碳紙間的接觸電阻。為了除去步驟1 中得到的總電阻R 中包含的碳紙與銅板間的接觸電阻RCu/C，另進(jìn)行了僅在兩塊銅板間放置一塊碳紙的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如圖2(b)所示。重復(fù)步驟1 的測(cè)試過(guò)程，由式(2)可知在忽略碳紙和待測(cè)樣品的體電阻(Rb和Rcp)時(shí)，上述兩個(gè)步驟計(jì)算結(jié)果的差值即為所需的樣品與碳紙間的接觸電阻RC/specimens，RCu/C代表碳紙與銅板間的接觸電阻。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)接觸電阻測(cè)定方法

從該接觸電阻測(cè)試的實(shí)驗(yàn)操作及計(jì)算方法可知：樣品與碳紙間的實(shí)際正對(duì)面積和正對(duì)面積的實(shí)時(shí)接觸情況對(duì)接觸電阻的最終測(cè)量結(jié)果有直接影響。燃料電池的組裝應(yīng)力是電池接觸電阻產(chǎn)生的先導(dǎo)因素，為使電阻的測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值，首先需要保證各接觸面上各處壓力的均勻性。受待測(cè)樣品和碳紙表面粗糙度的影響，樣品與碳紙間的接觸面積實(shí)際由大量接觸點(diǎn)構(gòu)成，隨著測(cè)試壓力的提高，二者間的實(shí)際接觸點(diǎn)數(shù)量不斷增大，接觸面積逐漸增大并最終趨于穩(wěn)定，因此保證接觸面中心區(qū)域與邊緣處的壓力一致是獲得準(zhǔn)確接觸電阻測(cè)試結(jié)果的重要前提。

1.2 傳統(tǒng)離線測(cè)量方法適用性范圍分析

標(biāo)準(zhǔn)接觸電阻測(cè)試方法能很好地滿足本身具備一定厚度的樣品的測(cè)試需求，如圖3 所示，在加壓條件下，樣品厚度使測(cè)量裝置上下兩部分存在足夠的間隙，便于實(shí)驗(yàn)操作人員確認(rèn)待測(cè)樣品與碳紙間相對(duì)位置是否正確，與樣品尺寸一致的兩塊碳紙能較好地保證各接觸面面積的一致性，但對(duì)實(shí)驗(yàn)操作要求較高：待測(cè)樣品或碳紙的任何微小水平方向的滑移均會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)一定程度的偏差；適當(dāng)增大碳紙的面積似乎能解決上述問(wèn)題，如圖4(a)所示，但此時(shí)碳紙與平直銅板接觸面SA2接近碳紙本身的面積，與樣品和碳紙間的接觸面積SA1并不一致(SA2＞SA1)，且在外加壓力逐漸增大時(shí)，碳紙的微形變導(dǎo)致A2的面積逐漸減小，而實(shí)際圖2 所示測(cè)量步驟2 使用的碳紙面積始終與A1保持一致，因此步驟1 和步驟2 的測(cè)試結(jié)果的差值，即表觀電阻值Rm，始終大于真實(shí)接觸電阻Rr。

圖3 平直銅板結(jié)構(gòu)下接觸電阻測(cè)定示意圖

另外當(dāng)出現(xiàn)待測(cè)樣品的厚度更小的情況時(shí)，使用傳統(tǒng)平直銅板實(shí)施電阻測(cè)量時(shí)，上下銅板間的間隙及兩塊碳紙間的間隙(樣品厚度)會(huì)隨樣品厚度減小而減小，不利于實(shí)時(shí)核查待測(cè)樣品和碳紙間的接觸情況；同時(shí)為避免兩塊碳紙間產(chǎn)生不必要的接觸，同樣要求碳紙的面積須與待測(cè)樣品測(cè)試面積完全一致。該要求也帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：碳紙與薄待測(cè)樣品間任何程度的相對(duì)滑移會(huì)帶來(lái)上下側(cè)銅板/碳紙間的接觸帶來(lái)的短路問(wèn)題，可能使A1真實(shí)接觸面積減小，導(dǎo)致電阻的測(cè)試結(jié)果偏小，而這種變化對(duì)本身表面接觸電阻較小的TiN 等鍍層來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的。由式(1)可知，測(cè)量過(guò)程中A1面積的微小攝動(dòng)便會(huì)對(duì)最終的電阻結(jié)果產(chǎn)生較大影響；另外在使用的銅板尺寸過(guò)大而樣品厚度極小(如低于0.5 mm)的情況下，平直銅板的邊緣在外加壓力下可能出現(xiàn)如圖4(b)所示的微形變導(dǎo)致接觸短路，致使接觸電阻的測(cè)量結(jié)果偏低。因此在采用傳統(tǒng)的平直銅板進(jìn)行電阻測(cè)試時(shí)，為獲得更加準(zhǔn)確的電阻值，對(duì)鍍金銅板、碳紙及樣品三者的尺寸匹配要求較高，尤其是待測(cè)樣品較薄或其本身接觸電阻很小時(shí)，使用傳統(tǒng)平直銅板方法的適用性限制較大，相應(yīng)地電阻測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度有待提高。

圖4 不同碳紙尺寸條件下實(shí)驗(yàn)測(cè)試示意圖

2 新型結(jié)構(gòu)銅板設(shè)計(jì)

2.1 新型銅板結(jié)構(gòu)測(cè)試特點(diǎn)分析

考慮到上述傳統(tǒng)離線接觸電阻測(cè)試方法在適用性范圍及測(cè)量準(zhǔn)確性方面存在的問(wèn)題，本文對(duì)該方法中使用的平直鍍金銅板的幾何形狀進(jìn)行了如圖5 所示的改進(jìn)：在兩塊鍍金銅板的上下側(cè)均留出2 mm 高的10 mm×10 mm 方形凸起結(jié)構(gòu)(虛線標(biāo)識(shí)區(qū)內(nèi))，而測(cè)試步驟與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法完全一致。使用該新型銅板結(jié)構(gòu)進(jìn)行接觸電阻測(cè)試時(shí)具有如下兩個(gè)特點(diǎn)。

圖5 凸臺(tái)結(jié)構(gòu)銅板測(cè)試電阻方法示意圖

(1)定位精準(zhǔn)，測(cè)試接觸面面積固定

該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)方法對(duì)樣品厚度的限制，無(wú)論樣品厚度多小，實(shí)驗(yàn)人員均能隨時(shí)觀測(cè)樣品和碳紙的實(shí)時(shí)接觸情況并進(jìn)行調(diào)整，杜絕了兩塊碳紙可能發(fā)生的接觸導(dǎo)通及樣品水平挪移帶來(lái)的問(wèn)題；另外該結(jié)構(gòu)確保了即使碳紙尺寸稍大時(shí)，其與樣品的正對(duì)接觸面A1面積始終為1 cm2，同時(shí)也使碳紙與銅板間的正對(duì)面積恒為1 cm2，保證2 個(gè)步驟測(cè)試結(jié)果的差值更能代表材料的真實(shí)接觸電阻；使用該結(jié)構(gòu)的鍍金銅板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)需苛求碳紙面積與樣品待測(cè)面面積一致，如圖6 所示，尺寸較大的碳紙與銅板的正接觸面始終是1 cm2的凸臺(tái)面，且即使待測(cè)樣品自身厚度較小，由于凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的存在使上下兩銅板間空隙增大，不會(huì)出現(xiàn)如圖4(b)所示的銅板變形接觸的情況，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖6 新型銅板結(jié)構(gòu)下碳紙尺寸大于樣品的示意圖

(2)接觸面受力均勻

為減小點(diǎn)狀力給工件帶來(lái)的應(yīng)力分布不均問(wèn)題，傳統(tǒng)ICR 測(cè)試方法中一般要求壓力機(jī)觸頭尺寸大于待測(cè)樣品(圖6)，以減小對(duì)電阻測(cè)量結(jié)果的影響。而通常情況下測(cè)量過(guò)程中并不總能完全滿足上述條件，當(dāng)壓力機(jī)觸頭的尺寸較小(如點(diǎn)狀觸頭)或相比待測(cè)樣品尺寸偏小，如圖7 所示，銅板上的應(yīng)力分布極不均勻：平直銅板與壓力機(jī)觸頭直接接觸面為A3，靠近觸頭中心部分的受力遠(yuǎn)大于邊緣，造成A2面上的應(yīng)力均勻性極差。而對(duì)新型銅板進(jìn)行加壓測(cè)試時(shí)，如圖6，銅板與壓力機(jī)觸頭的直接接觸面A3本身較小，應(yīng)力在接觸面上分布不均性在傳遞過(guò)程中被有效降低。這意味著新型凸臺(tái)銅板的適用性范圍較傳統(tǒng)平直銅板大。

圖7 小尺寸壓力機(jī)觸頭下電阻測(cè)量示意圖

基于以上特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)ICR 測(cè)量方法，銅板上的凸臺(tái)面設(shè)計(jì)能確保即使碳紙滑移也能保證實(shí)際接觸面積始終等于預(yù)設(shè)面積，即被動(dòng)保證了接觸面面積的確定性；使用新型凸臺(tái)銅板對(duì)壓力觸頭面積、凸臺(tái)面積和樣品面積的相對(duì)大小要求便可簡(jiǎn)要?dú)w納為僅須滿足凸臺(tái)面≥樣品面這一限制條件，而對(duì)碳紙的要求與傳統(tǒng)測(cè)量方法相同，即保證其足夠大以完全覆蓋待測(cè)樣品即可。

2.2 不同銅板結(jié)構(gòu)在加壓條件下的受力仿真分析

為了評(píng)估在小尺寸壓力機(jī)觸頭條件下裝置內(nèi)應(yīng)力分布均勻性及凸臺(tái)銅板設(shè)計(jì)在該種實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)應(yīng)力均勻性提升的程度，使用Comsol 有限元仿真軟件對(duì)使用兩種銅板結(jié)構(gòu)的ICR 測(cè)量裝置在140 N/cm2工裝壓力[10]下各部分的受力進(jìn)行固體力學(xué)仿真：在待測(cè)樣品的下表面(靠近接觸面A1)添加固定約束，并根據(jù)碳紙與樣品接觸面上140 N/cm2的壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)換算得到的壓力對(duì)壓力機(jī)觸頭上端面施加相應(yīng)載荷，測(cè)量裝置的應(yīng)力分布云圖如圖8 所示。

圖8 不同銅板結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置內(nèi)應(yīng)力分布

為直觀比較使用不同結(jié)構(gòu)銅板下裝置各組件接觸面的應(yīng)力分布情況，對(duì)接觸面A1和A2水平方向的應(yīng)力分布進(jìn)行二維仿真分析，兩個(gè)接觸面的應(yīng)力曲線如圖9 所示。如忽略接觸面A1和A2邊緣(±4 mm 范圍外側(cè))由于固體力學(xué)特性而出現(xiàn)的邊緣應(yīng)力畸變，其中心區(qū)域(-4～4 mm)的應(yīng)力統(tǒng)計(jì)信息見(jiàn)表1：凸臺(tái)銅板結(jié)構(gòu)下接觸面A2中心區(qū)域的應(yīng)力均值為137.66 N/cm2，相比平直銅板更接近預(yù)定值140 N/cm2，且各處應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)差相比平直銅板降低了57.20%，意味著接觸面受力均勻性得到了有效提高；同樣地，凸臺(tái)銅板條件下接觸面A1的應(yīng)力均值同樣高于平直結(jié)構(gòu)銅板，且中心區(qū)域應(yīng)力攝動(dòng)范圍相對(duì)更小。

圖9 兩種銅板結(jié)構(gòu)下接觸面A1和A2的應(yīng)力對(duì)比

表1 兩種結(jié)構(gòu)銅板條件下各接觸面中心區(qū)域應(yīng)力 N·cm-2

2.3 壓力觸頭尺寸影響接觸面應(yīng)力均勻性仿真分析

凸臺(tái)結(jié)構(gòu)銅板設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在上述定位精準(zhǔn)和接觸面均勻性兩方面，且采用凸臺(tái)銅板設(shè)計(jì)后，即使出現(xiàn)上述小壓力觸頭的情況，仍能使測(cè)量結(jié)果滿足一定的準(zhǔn)確性要求。為進(jìn)一步探究觸頭尺寸對(duì)各接觸面應(yīng)力分布的具體影響程度，在滿足上述與傳統(tǒng)測(cè)量方法中對(duì)銅板、碳紙和樣品尺寸的類(lèi)似要求外，本節(jié)從壓力觸頭與凸臺(tái)面的面積相對(duì)大小的角度出發(fā)，在保持其他實(shí)驗(yàn)條件一致的條件下進(jìn)行了不同壓力觸頭/凸臺(tái)面積比(0.4 ～ 1.6)下測(cè)量裝置主體組件的彈性力學(xué)二維仿真分析，仿真設(shè)置中仍預(yù)設(shè)在面A1和A2上施加140 N/cm2的工裝壓力；裝置整體在各觸頭/凸臺(tái)面積比條件下的應(yīng)力分布如圖10 所示，相應(yīng)地接觸面A1和A2的實(shí)際應(yīng)力值分布如圖11 所示。

(1)隨著壓力觸頭/凸臺(tái)面積比的增大，測(cè)量裝置內(nèi)各處應(yīng)力分布均勻性明顯提高，且二者面積比越大則接觸面A1和A2上各處應(yīng)力的極差值越小(圖11)，電阻的測(cè)量結(jié)果越接近真實(shí)值；

(2)在壓力觸頭/凸臺(tái)面積比≥1的條件下，接觸面A2上除邊緣極小的區(qū)域出現(xiàn)壓力突起現(xiàn)象外，中心區(qū)域的應(yīng)力值波動(dòng)已基本消失，且面內(nèi)整體應(yīng)力值均十分接近預(yù)設(shè)值140 N/cm2[如圖11(b)]；

(3)增大壓力觸頭/凸臺(tái)面積比對(duì)A2面上尤其是中心區(qū)域的應(yīng)力波動(dòng)的改善效果相較面A1更明顯，可能跟仿真模型與A2更加靠近壓力源有關(guān)。

圖10 不同壓力觸頭/凸臺(tái)面積比條件下裝置應(yīng)力分布云圖

圖11 不同壓力觸頭/凸臺(tái)面積比條件下接觸面A1(a)和A2(b)的應(yīng)力分布比較

綜合以上實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果可以得出：凸臺(tái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)操作，打破了傳統(tǒng)方法關(guān)于測(cè)量組件尺寸上的限制性要求；在壓力機(jī)觸頭較凸臺(tái)面積大(比值不小于1)，銅板凸臺(tái)面不小于樣品待測(cè)面的情況下，測(cè)量結(jié)果最為準(zhǔn)確也最接近真實(shí)電阻值。另外，增大觸頭/凸臺(tái)面積比可使面A2內(nèi)應(yīng)力趨于穩(wěn)定，而面A1雙側(cè)介質(zhì)(樣品和碳紙)彈性力學(xué)性質(zhì)差異過(guò)大致使面內(nèi)應(yīng)力極差值大的情況無(wú)法通過(guò)該方法改善，可考慮使用彈性力學(xué)泊松比相對(duì)小的碳紙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等方法來(lái)解決；而各面邊緣處出現(xiàn)的應(yīng)力突起現(xiàn)象除受到仿真網(wǎng)格劃分影響外，更重要的是各測(cè)量組件材料自身力學(xué)性質(zhì)差異性導(dǎo)致在受壓條件下其邊緣區(qū)域的形變均比中心區(qū)域更小，邊緣區(qū)域的碳紙與金屬間貼合更緊密，導(dǎo)致接觸面邊緣應(yīng)力遠(yuǎn)大于中心區(qū)域。

2.4 不同銅板結(jié)構(gòu)下接觸電阻測(cè)量對(duì)比

為了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證凸臺(tái)銅板結(jié)構(gòu)上述特性的有效性及其普適性，對(duì)Ti/TiN 鍍層(0.2 mm)、Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金(2 mm，以下簡(jiǎn)稱(chēng)Zr55)、TA2 純鈦(2 mm)和304 不銹鋼(2 mm)四種雙極板相關(guān)研究較多的材料在兩種結(jié)構(gòu)的鍍金銅板下分別進(jìn)行了5 次ICR 測(cè)量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖12 所示：四種材料的接觸電阻均隨外加壓力的增大而降低，并最終趨于穩(wěn)定；而對(duì)比曲線上不同壓力值下電阻的誤差極差值可知四種材料在使用凸臺(tái)銅板時(shí)測(cè)得的接觸電阻的攝動(dòng)值(標(biāo)準(zhǔn)差)均明顯低于使用平直銅板的測(cè)量結(jié)果，且凸臺(tái)銅板設(shè)計(jì)在外加壓力低于150 N/cm2范圍內(nèi)對(duì)降低待測(cè)樣品各次電阻測(cè)量攝動(dòng)值更加有效，對(duì)大阻值的TA2 和SS304 接觸電阻測(cè)量結(jié)果攝動(dòng)的降低效果相對(duì)更佳。

圖12 不同銅板結(jié)構(gòu)下接觸電阻測(cè)量結(jié)果比較

四種材料在140 N/cm2的預(yù)設(shè)壓力條件下的接觸電阻測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2 所示：顯然采用平直銅板測(cè)得各材料的接觸電阻均值均低于使用凸臺(tái)銅板的結(jié)果(4.43＜4.60，8.75＜8.82，42.34＜44.06，93.81＜96.39，以上單位均為mΩ·cm2)，這也一定程度上印證了前述平直銅板可能導(dǎo)致電阻測(cè)試值較實(shí)際值偏低的結(jié)論。對(duì)比表2 中四種樣品分別在兩種銅板結(jié)構(gòu)下的5 次電阻測(cè)試值標(biāo)準(zhǔn)差變動(dòng)可知：相比傳統(tǒng)接觸電阻使用平直銅板進(jìn)行測(cè)量的方法，采用該新型凸臺(tái)銅板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量能顯著降低各待測(cè)材料尤其是低接觸電阻材料各次測(cè)試結(jié)果間的偏差，降低了包括具較高接觸電阻樣品的接觸電阻測(cè)試誤差，同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性，電阻的測(cè)量結(jié)果更加接近材料的真實(shí)電阻值。

表2 各材料在兩種結(jié)構(gòu)銅板條件下的接觸電阻對(duì)比(140 N·cm-2)

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PEMFC 接觸電阻方法的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的分析，總結(jié)了該平直銅板結(jié)構(gòu)在面對(duì)不同尺寸的待測(cè)樣品可能遇到的適用范圍的限制性問(wèn)題，并針對(duì)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種帶凸臺(tái)的新型結(jié)構(gòu)銅板，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：

(1)新型結(jié)構(gòu)銅板能提高待測(cè)樣品在電阻測(cè)量過(guò)程中與銅板和碳紙間接觸情況的觀測(cè)性和易調(diào)整性，且能保證銅板、碳紙和樣品三者定位精準(zhǔn)，相互間的正對(duì)接觸面面積大小固定；

(2)新型銅板的特殊凸臺(tái)面結(jié)構(gòu)能顯著改善接觸電阻測(cè)量裝置在壓力機(jī)觸頭尺寸小于待測(cè)樣品情況下各接觸面內(nèi)應(yīng)力分布不均問(wèn)題，且提高壓力觸頭/凸臺(tái)面積比能使銅板-樣品接觸面內(nèi)應(yīng)力與預(yù)設(shè)值基本一致；

(3)新型銅板結(jié)構(gòu)能大幅降低待測(cè)樣品各次接觸電阻測(cè)量值間的誤差，提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，尤其對(duì)小接觸電阻樣品的提高效果更加明顯。