在微孔层中精确设计的水友网络,用于高性能的质子交换膜燃料电池
Yue Zhang1, Shunbo Lan1, Mingyu Lou1
1School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804, China.
ACS applied materials & interfaces
|January 20, 2025
概括
优化交膜燃料电池 (PEMFCs) 中的微孔层 (MPL) 使用水友性纳米孔可增强水管理. 这种设计可以提高各种湿度水平的性能,这对于车辆动力应用至关重要.
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:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 是未来汽车动力的关键.
- 微孔层 (MPL) 对于PEMFC中有效的水资源管理至关重要.
- 优化MPL孔隙结构对于提高燃料电池性能至关重要.
研究的目的:
- 研究MPL中工程化水友性孔隙网络对PEMFC性能的影响.
- 确定火山碳黑 (VB) 在制造水友孔中的作用.
- 优化MPL设计,以改善水管理和在不同湿度下耐用性.
主要方法:
- 使用不同度的火山碳黑 (VB) 制造MPL,以创建水友的纳米和巨孔网络.
- 测量内部接触角,以评估孔水友性.
- 在不同的相对湿度 (RH) 条件下,使用修改的MPL测试PEMFC的性能测试.
- 三维模拟建模以阐明MPL内的水运输机制.
主要成果:
- 使用10%VB (P1-H) 的MPL样本表现出卓越的性能,在60%RH时达到1.51W/cm2的峰值功率密度,在80%RH时最小下降.
- 水友性纳米孔作为水库,确保膜水化和控制滴滴大小.
- 水友性巨孔导致膜脱水,尽管改善了空气透性.
- 在高电流密度下,P1-H表现出较低的欧姆电阻和质量转移电阻.
结论:
- 在MPL中设计的性纳米孔网络对于高效的水资源管理和高PEMFC性能至关重要.
- 火山碳黑有效地促进了水友性毛孔的形成.
- 精确的MPL设计,特别是性纳米孔的结合,为开发高性能,适应湿度的汽车燃料电池提供了战略.
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