基于多物理场的质子交换膜电池的性能研究

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能源是人类生存和发展的根本保障,然而能源的发展也同样带来了很多的问题,其中传统能源的枯竭和环境污染尤为突出。为了应对这些能源问题,质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其可再生、高效率、无污染、工作温度低等特点得到大家的重视。目前的PEMFC模型通常把催化层简化成薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对燃料电池性能的影响。  本文在PEMFC的研究中,引入催化层结构,考虑催化层内电化学反应速率对电池性能的影响,建立了考虑催化层结构参数的一维气相机理模型。PEMFC模型计算结果显示与实验符合良好。并进一步利用模型分析了孔隙率、电导率、催化层厚度、入口气体压强、入口质量分数等参数对电池性能的影响,得出扩散层孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层孔隙率对电池性能影响较小,可忽略;在Pt/C等催化剂载量一定的时候,阴极催化层厚度应为10-20μm等结论。
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