在PEM燃料电池催化剂层中离子体的结构和导电性:基于模型的分析分析
W Olbrich1,2,3, T Kadyk4,5, U Sauter6
1Theory and Computation of Energy Materials (IEK-13), Institute of Energy and Climate Research, Forschungszentrum Jülich GmbH, 52425, Jülich, Germany. w.olbrich@fz-juelich.de.
Scientific reports
|August 29, 2023
概括
一个新的模型将催化剂层微观结构与聚合物电解质燃料电池中的质子导电性联系起来. 优化离子分子形态,特别是对催化剂聚合物的薄膜,提高导电性,以提高燃料电池性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 聚合物电解质燃料电池 (PEFC) 中的催化剂层需要优化设计,以实现高效的质子导电性.
- 现有的模型往往忽略了特定的微观结构特征,例如离子体形态学,这显著影响了性能.
研究的目的:
- 发展对PEFC催化剂层中的结构-属性关系的全面理解.
- 提出一种新的,准确的模型,将催化剂层微观结构与质子导电性联系起来.
主要方法:
- 催化剂层微结构的合成3D图像的生成.
- 在一个半透镜体积元素中对质子导电性的数值模拟.
- 使用透理论对离子体形态的分析建模.
主要成果:
- 确定了两种限制性离子体形态:催化剂聚合物的薄膜和体积大的连接块.
- 开发了一种预测不同形态的质子导电性的新型关系.
- 分析了油墨阶段的形成,表明最佳形态是具有高催化剂覆盖率的明确的薄膜.
结论:
- 拟议的模型基于微观结构准确地预测了质子导电性.
- 催化剂层设计的指导建议将离子体形态优化为高覆盖率薄膜.
- 结果与实验趋势一致,并为PEFCs的电极材料研究提供信息.
