在PEMFC中加强协同的水气管理,使用具有孔尺寸梯度的架构微孔层
Qin He1, Peiyuan Shao1, Lixiao Shen2
1State Key Laboratory of Space Power-Sources, School of Chemistry and Chemical Engineering, MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, P. R. China.
ACS applied materials & interfaces
|December 23, 2025
概括
这项研究引入了在质子交换膜燃料电池 (PEMFCs) 中微孔层 (MPLs) 的新型分级孔结构. 这项创新显著提高了水资源管理和天然气运输,提高了PEMFC的性能.
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:
- 微孔层 (MPL) 对于质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 中的水和反应物运输至关重要.
- 具有均孔的传统MPL难以优化气体扩散和水分去除,阻碍了PEMFC的性能.
- 需要先进的MPL设计来克服这些局限性并提高燃料电池效率.
研究的目的:
- 制造和表征一种具有分级孔结构的新型MPL,以提高PEMFC性能.
- 研究分级孔结构对水资源管理和反应物运输的影响.
- 建立结构-运输相关性,以优化PEMFC中的MPL.
主要方法:
- 使用溶剂控制的分化和阶段性涂层结,制造具有分级孔结构的MPL.
- 多物理模拟用于分析水排水和气体扩散特征.
- 在不同的操作条件下,包括不同的相对湿度和逆压,对PEMFC中的分级MPL的性能评估.
主要成果:
- 与传统的MPL相比,分级孔结构显著改善了水排水和气体扩散.
- 使用分级MPL的PEMFC在100%相对湿度下达到1860mW/cm2的峰值输出性能,比商业MPL提高36.8%.
- 即使在75%的相对湿度下,也观察到10.4%的性能提升,证明了分级MPL在各种条件下的有效性.
结论:
- 开发的分级孔结构MPL提供了一种有前途的方法,通过改善水管理和反应物运输来提高PEMFC性能.
- 这种制造方法很实用,在先进的燃料电池中具有重要的商业应用潜力.
- 该研究提供了对结构-运输关系的关键见解,这对于未来在PEMFC技术中优化MPL至关重要.
