在聚合物电解质燃料电池的防水气体扩散层中对湿度的全面分析
Wataru Yoshimune1, Akihiko Kato1, Satoshi Yamaguchi1
1Toyota Central R&D Laboratories, Inc., 41-1 Yokomichi, Nagakute, Aichi 480-1192, Japan.
ACS applied materials & interfaces
|July 5, 2024
概括
这项研究表明,聚四乙烯 (PTFE) 含量如何影响聚合物电解质燃料电池 (PEFC) 中使用的防水碳纸. 最佳的PTFE含量可以提高防水性能,但过多会降低性能,导致孔隙崩并增加水和度.
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:
- 气体扩散层 (GDL) 是聚合物电解质燃料电池 (PEFC) 中的关键组件.
- 在PEFC运行过程中产生的水的有效管理对于最佳性能和寿命至关重要.
- 对于GDL的防水策略,需要对材料特性及其对水资源管理的影响有更深入的了解.
研究的目的:
- 调查不同聚四乙烯 (PTFE) 含量对碳纸GDLs的物理化学性质的影响.
- 评估不同度的PTFE如何影响湿透性,毛孔性,毛孔大小和水和度.
- 为了确定 PTFE 含量对 PEFC 泛滥耐受性和整体性能的影响.
主要方法:
- 碳纸用不同数量的PTFE (约6重%,13重%和37重%) 进行了防水.
- 鉴定包括孔径,多孔度和可湿度的测量.
- 在操作条件下使用同步射线X射线扫描来评估水和度和洪水耐受性.
主要成果:
- 最少的PTFE (∼6重量%) 提供了外部防水,而更高的含量 (∼13重量%) 实现了内部防水.
- 过度的PTFE (∼37重量%) 导致巨孔崩,显著降低燃料电池性能.
- 与预期相反,增加PTFE含量导致碳纸内的水和水平提高.
结论:
- 该研究建立了一个基准来评估基于PTFE含量的GDL洪水耐受性.
- 研究结果强调了在PEFC中有效的GDL防水所需的关键平衡.
- 这些结果可能适用于其他电化学设备中的防水GDL,例如用于水和CO2转换的电解剂.
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