質子交換膜燃料電池用梯度擴散層研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池氣體擴散層由碳纖維或碳布等多孔介質材料構成，起著分散氣體、排水和導電等作用。電池在大電流密度下工作時產(chǎn)生過多的液態(tài)水，堵塞了氣體通道，降低了氣體的擴散效果，因此對擴散層結構特性的研究得到了普遍重視。尤其是擴散層的孔結構，它對擴散層中的水、氣傳輸起著至關重要的作用，是影響電池性能重要因素之一，也是研究熱點之一。 本文首先描述了用于模擬PEMFC工作過程的三維數(shù)學模型，模型考慮了流體的流動、水在質子交換膜中的傳遞以

2、及催化層電化學反應。采用統(tǒng)一的數(shù)學方程描述了流道、擴散層、催化層和質子交換膜各個區(qū)域內的傳遞現(xiàn)象，同時考慮相關因素對電池的影響，以便較為真實地模擬電池中的傳輸現(xiàn)象。 隨后根據(jù)多孔介質的非飽和流理論，導出了一維的梯度擴散層液態(tài)水傳輸相關的方程，并根據(jù)這些方程計算了包括帶有微孔層和具有梯度結構的擴散層的相飽和度分布、液態(tài)水殘留量、液態(tài)水排量和氣體有效擴散因子等參數(shù)。重點探討了不同孔隙率結構對擴散層的排水性能以及氣體擴散的影響。