燃料电池气体扩散介质的疏水度梯度优化,以便在车辆中应用
Qinwen Yang1, Zhen Zhang1, Gang Xiao1,2,3
1College of Mechanical and Vehicle Engineering, State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing Technology for Vehicle, Hunan University, Changsha 410082, China.
Fundamental research
|December 11, 2024
概括
在燃料电池组件中优化疏水度梯度可以提高水分的去除和氧气的运输. 这通过在气体扩散介质中管理液态水来改善燃料电池车辆的功率输出和寿命.
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:
- 燃料电池车辆 (FCV) 的气体扩散介质 (GDM) 中的液态水积累阻碍了反应剂气体的流动.
- 这种水堆积会导致功率波动,并减少FCV的运行寿命.
研究的目的:
- 为了优化微多孔层 (MPL) 和气体扩散层 (GDL) 中的疏水度梯度.
- 为了提高 FCV 的 GDM 内的疏水效率和氧气运输.
主要方法:
- 计算流体动力学 (CFD) 建模用于模拟含水量和输出功率.
- 使用GDM与不同度的聚四乙烯 (PTFE) 进行实验验证.
- 将遗传算法与CFD集成,以优化接触角度.
主要成果:
- 在MPL和GDL中,正的疏水度梯度显著改善了水的去除和氧气的运输.
- 对MPL和GDL的优化接触角度被确定为147.9°-138.6°.
- 根据实验结果验证了CFD模拟.
结论:
- 优化的疏水度梯度对于FCV的高效水资源管理至关重要.
- 增强的水分去除和氧气运输可以提高FCV的性能和寿命.
- 该研究为设计具有量身定制的疏水性质的先进GDM提供了一条途径.


