燃料电池接触电阻
接触电阻即是引起燃料电池性能差的一个重要因素，又是燃料电池故障诊断的一个指标。流场设计、表面处理、组装过程等均会引起接触电阻变大。局部接触电阻过大将引起局部电流密度增加，局部温度过高引起膜电极产生热点，带来性能和耐久性下降。
背景
在刚开始接触燃料电池实验时，想必每位同学与一部分老师都曾遇到过类似的问题“为何看似一样的电池结构和部件，论文里的电阻只有几十毫欧，而等自己装配，单电池电阻却高达几百欧姆”。这种理论和实际上的电阻差距，通常是因为接触电阻过大。过高接触电阻暗示电池还存在各种问题。因此，如果无视高电阻继续试验，实验往往无法顺利进行。
借由这个常见的问题，和大家简单聊聊实验室中接触电阻的产生机
理、产生部位以及降低接触电阻方法。希望可以帮助大家顺利跨过理想和现实的差距，顺利完成燃料电池的科研课题。
接触电阻定义在处理接触电阻问题之前，我们首先要明确接触电阻的定义和
它产生的原因。
【定义】当两个导体相互接触时，其接触面产生的电阻。(日本デジタル大辞泉)
【产生原因】实际接触面小于理论接触面，如下图所示。(日本デジタル大辞泉)
接触面示意从上面的接触电阻定义和产生原因，可以看出高接触电阻暗示了两个
导体之间的接触并不良好。这种不良好通常有两个衍生含义：【接触面过小】或者【接触面分布不均匀】。【接触面过小】易于理解，那么【接触面分布不均匀】在电池中意味着什么呢。在电子传导中，因为电子倾向于在电阻小的通路中移动，【接触面分布不均匀】就意味着在某个或者某几个部位，电子大量通过，局部电流密度过高，引起局部温度过高，最终导致膜电极中出现热点(hotspot)，造成电池耐久性降低或者出现内部燃烧的后果。
因此解决燃料电池内部的高接触电阻不仅意味着提高燃料电池出力
性能，还意味着可根据解决高接触电阻的过程来进行燃料电池诊断。
为了帮助大家理解，下图介绍了单电池的内部结构。根据上述定义和产生原因，我们可知单电池内接触电阻产生位置主要在以下几个接触面【1.双极板与GDL之间】，【2.GDL与催化剂层之间】和【3.催化剂层与质子交换膜之间】。当几个单电池堆叠组装成小电堆，还有【4.单电池之间(小电堆)】。
不同的位置接触电阻的影响因素和其对应的解决方法也不一样，具体说明如下表。
单电池结构示意表接触电阻产生位置及影响因素装配步骤及工艺
从上表可以看出，单电池内各个接触面间接触电阻的大小，均受到【装配面压的均一程度】以及【装配面压的数值大小】影响。换句话说，【装配工艺】很大程度上影响了接触电阻的大小。因此，接下来我们将详细介绍装配压力上的设计步骤以及具体实施方案。
燃料电池单池夹具Step1.计算理论电阻首先根据自己所用双极板，膜和GDL的电阻率，计算室温下理论电池电阻，作为对照标准。如果考虑催化剂层电阻，可以酌情考虑乘以过量系数。Step2.根据所需面压计算理论装配所需力矩
装配前，首先要明确单电池的装配压力。装配压力过低会带来漏气和
接触电阻过高的可能性，而装配压力过高则会压破GDL和膜。根据经验，将面压保持在1到2MPa之间，可满足在【不压破GDL和膜】的前提下保证【气密性和低接触电阻】的要求。
各个实验室的单电池大小和螺栓数量都不一致，那么该如何保证装配
压力在1到2MPa之间呢。简单给大家介绍一个快捷的面压计算公式：
Tf=0.2*N*D*P*S/X/10.13
其中，Tf为力矩扳手上所示力矩大小；N为过量系数，通常取1至2之间(若密封材料为软质材料(比如硅胶)，取值靠近1。若密封材料为硬质材料(如铁氟龙)，取值靠近2)；D为螺栓直径；P为目标面压；S为流道板面积；X为螺栓数量。
例：单电池流道板大小10cm*10cm，目标面压2MPa，螺栓数量8，螺栓公称直径6mm，采用硅胶片密封。力矩扳手的数值为：
Tf=0.2*1*6*2*10*10/8/10.13=3Nm
Step3.根据固定顺序紧固单电池确定面压后，再确定装配顺序。为了保证面压均一，螺栓装配的基本原则是对角线顺序装配并且装配力矩线性增加。下图提供了一种螺栓的装配顺序。当目标装配压力为3Nm时，螺栓紧固的力矩增加顺序通常按照1→2→3Nm的顺序，一次增加。换言之，先用1Nm的力矩按照下图的顺序依次紧固；然后再用2Nm的力矩按照下图顺序依次紧固；最后用3Nm的力矩按照下图的顺序依次紧固。
装配顺序示意
燃料电池接触电阻
