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质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种通过电化学反应将燃料的化学能直接转化成电能的能源转换装置,由于其燃料来源广泛、清洁无污染、工作电流大和常温下启动快等优点,被认为是最有发展前景的清洁能源转换装置之一。PEMFC各组件之间需要通过从外部施加压力进行组装,由于气体扩散层(Gas Diffusion Layer,GDL)为多孔结构且弹性模量相对较小,施加压力时,若装配压力过大,会造成GDL的过度变形甚至是不可逆的破坏,导致气体传输通道减小,传质阻力增加,同时也可能会损坏燃料电池部件,缩短使用寿命;相反,若装配压力过小,会因为双极板与GDL之间接触不良,导致接触电阻增大,使燃料电池的工作效率降低,且不能保证气体的密封性,燃料气体存在泄漏的危险。本文采用数值模拟的方法,对不同装配压力下GDL的变形进行模拟,并对由装配压力引起的GDL孔隙率、渗透率等传输参数的变化及其对PEMFC性能的影响进行深入研究,以期得到最佳装配压力,使得燃料电池性能最优。论文主要工作和成果如下:建立单通道PEMFC几何模型,采用数值模拟的方法进行仿真计算,并参考经验公式分别计算单通道PEMFC在不同装配压力下孔隙率、渗透率等传输参数和接触电阻的变化。当装配压力为0-3.0 MPa时,孔隙率从初始值0.78下降到0.38左右;渗透率也发生了一个数量级之多的变化;虽然接触电阻随着装配压力的增加不断减小,但电阻减小的幅度在逐渐降低;采用有限元分析法(Finite Element Analysis,FEA)分析不同装配压力对GDL变形的影响。研究结果显示,在不同装配压力的作用下,位于双极板两侧脊部下方的GDL会发生不同程度的变形,两侧变形情况相似且明显,而且变形程度随着装配压力的增加而变大,但位于流道下方的GDL则几乎没有变化,且GDL在X轴方向上的孔隙率随装配压力的变化趋势与GDL的形变趋势相近;通过模拟仿真,分析比较不同装配压力下单通道PEMFC阴、阳极流道内组分浓度的分布状况以及各装配压力下的极化曲线。由于流道内的反应气体在催化层(Catalyst Layer,CL)中会发生化学反应,因此在不同装配压力下气体浓度均沿着流动方向减小。对于极化曲线而言,当装配压力为0.5-1.0 MPa时,相同工作电压下,单通道PEMFC的电流密度大于其他压力下的情况,且该装配压力下单通道PEMFC的功率最高。因此,当装配压力为0.5-1.0 MPa时,单通道PEMFC的性能最优。