气体扩散层压缩对质子交换膜燃料电池电化学性能的影响:一个三维格子博尔兹曼孔尺度分析

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程

背景情况:

• 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 对于减少海上排放至关重要.
• 组装诱导的气体扩散层 (GDL) 的压缩会对PEMFC性能产生负面影响.
• 了解压缩GDL中的孔尺度运输现象对于海洋应用至关重要.

研究的目的:

• 为了研究气体扩散层 (GDL) 压缩对质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 性能的影响.
• 分析GDL压缩,超电位,压力差,多孔性和多孔性梯度对PEMFCs的影响.
• 为优化PEMFC在海洋环境中的结构设计提供见解.

主要方法:

• 利用了一个三维多元组件气体运输和电化学反应晶格博尔兹曼模型.
• 模拟了不同GDL压缩水平和相关参数的影响.
• 进行灵敏度分析,对不同因素对平均电流密度的影响进行排名.

主要成果:

• GDL压缩降低了氧气度和最小电流密度,特别是在不同压力条件下.
• 在催化剂层 (CL) 附近增加的局部孔隙性改善了氧气获取和水蒸气去除,提高了平均电流密度.
• 超电位,多孔度,压缩,多孔度梯度和压力差是根据它们对平均电流密度的影响排名的.

结论:

• 通过改变内部运输特性,GDL压缩显著降低了PEMFC性能.
• 战略GDL结构设计,特别是CL附近的多孔性,可以提高PEMFC的效率.
• 该研究提供了关键数据,用于为苛刻的海事行业开发高性能PEMFC.