PEMFC催化层耦合气体电荷传输过程的介观模拟  

Mesoscale simulation of coupled gas charge transfer process in PEMFC catalyst layer

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作  者:豆少军 郝亮 DOU Shaojun;HAO Liang(Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering,School of Energy and Power Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

机构地区:[1]上海理工大学能源与动力工程学院,动力工程多相流动与传热上海市重点实验室,上海200093

出  处:《化工学报》2024年第8期3002-3010,共9页CIESC Journal

基  金:上海市自然科学基金项目(23ZR1443800)。

摘  要:重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导及电化学反应的介尺度电化学模型解析不同操作条件下催化层中的物理量分布并获得了催化层极化曲线,进一步研究确定催化层运行的最佳相对湿度为95%~98%。The porous structure of the catalyst layer of the proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)was reconstructed,and the water capillary condensation process in the catalyst layer is simulated by a lattice Boltzmann Shan-Chen model.The effects of operating humidity on proton conduction,electrochemical surface area,and gas transport are analyzed.Based on the developed pore-scale model that couples cathode oxygen transport,proton conductivity,and electrochemical reaction,the distributions of physical quantities in the catalyst layer under different operating conditions are resolved,and the polarization curves of the catalyst layer are obtained.The optimal relative humidity for catalyst layer operation is determined to be 95%—98%.

关 键 词:燃料电池 催化层 介尺度 数值模拟 液态水 

分 类 号:TK91[动力工程及工程热物理]

 

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