在水资源短缺条件下对OC PEMFC性能改善和MEA参数优化进行实验研究
Jianan Wang1, Di Tang2, Tianshu Liao2
1Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430000, China.
Membranes
|December 24, 2025
概括
优化膜电极组件 (MEA) 结构可以在缺水期间改善开放阴极质子交换膜燃料电池 (OC PEMFCs) 的性能. 关键因素包括催化剂层水化,欧姆电阻和阴极激活电阻,以获得更好的电压输出.
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
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 优化膜电极组件 (MEA) 结构对于开放阴极质子交换膜燃料电池 (OC PEMFC) 的性能至关重要,特别是在缺水条件下.
- 梯度环境温度通过影响阴极催化剂层水化,质子导电和三相边界形成,显著影响MEA性能.
- 通过极化曲线和电化学阻抗光谱 (EIS) 识别的增加的欧姆和阴极激活电阻,导致堆电压输出减少.
研究的目的:
- 调查MEA结构参数对OC PEMFC在模拟缺水条件下的性能的影响.
- 确定最佳的阴极催化剂层I/C比率和厚度,以及气体扩散层 (GDL) 特性,以提高燃料电池效率.
- 了解MEA结构,水分和电化学性能之间的关系.
主要方法:
- 采用直角实验设计,系统地改变阴极I/C比率 (0.74-0.9) 和催化剂层厚度 (8,12μm).
- 气体扩散层 (GDL) 厚度 (185-324微米) 和孔隙结构使用入孔径测量 (MIP) 和Brunauer-Emmett-Teller (BET) 分析进行了表征.
- 性能评估涉及两极化曲线分析和电化学阻抗光谱 (EIS) 在受控的室内温度和湿度下.
主要成果:
- 具有0.86的I/C比率,中等GDL孔隙结构和12微米的催化剂层厚度显示出卓越的性能.
- 在最佳的MEA配置下,OC PEMFC在0.62 V下实现了700 mA/cm2的显著输出.
- 灵敏度分析证实了催化剂层特征和GDL特性对整个电池电压的显著影响.
结论:
- 该研究成功地确定了MEA的关键结构参数,以提高OC PEMFC在水限情景下的表现.
- 优化MEA设计,特别是催化剂层特性和GDL结构,对于减轻因水化问题而导致的性能退化至关重要.
- 这些发现为设计更强大,更有效的OC PEMFCs,用于面临水资源短缺的应用提供了宝贵的见解.
