揭示反应剂在气体扩散层中的不均质性以及由组装压力诱导的PEMFC的性能
Liu Yang1,2, Z Y Sun1, Guang-Meng Zhang2,3
1Hydrogen Energy and Space Propulsion Laboratory (HESPL), School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing, 100044, China.
Heliyon
|August 26, 2024
概括
组装压力通过改变气体扩散层 (GDL) 特性和反应剂分布,显著影响质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的性能. 优化这种压力是提高PEMFC功率密度和防止热损伤的关键.
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
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 依靠气体扩散层 (GDL) 来进行反应物和电子运输.
- 燃料电池是多孔的碳元件,在压缩下容易变形,影响燃料电池的性能.
- 了解组装压力对GDL的影响对于提高PEMFC效率和耐用性至关重要.
研究的目的:
- 调查GDL对不同组装压力的结构反应.
- 分析组装压力如何影响GDL运输特性和反应剂分布.
- 为了确定组装压力对PEMFCs动态性能的影响.
主要方法:
- 在压缩下研究了GDLs的结构变形.
- 分析了GDL多孔性和透性的变化,特别是在肋骨/通道接口附近.
- 评估了由此产生的反应剂分布和电流密度的不均性.
- 评估了对PEMFC功率密度和热风险的影响.
主要成果:
- 组装压力会对肋骨和通道下的GDL区域产生差异性影响.
- 在肋骨/通道过渡区发生显著的多孔性和透性变化,导致反应物分布不均.
- 电流密度分布变得不均,边界附近的密度增加,增加热损伤风险.
- 特定的组装压力可以在某些效率下提高功率密度.
结论:
- 组装压力严重改变了GDL的结构和功能,影响了PEMFC的性能.
- 反应物的不均分布和局部高电流密度对MEA构成风险.
- 确定最佳组装压力对于最大限度地提高PEMFC输出和操作安全至关重要.
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