质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效、清洁的能源转换装置,在近年来受到广泛关注。
气体扩散层(GDL)作为PEMFC的关键组件之一,其传输现象对于电池的性能表现至关重要。
传统的宏观模型难以准确描述GDL复杂的微观结构对传输过程的影响,而孔尺度模型为深入理解GDL内部的传输机制提供了有效途径。
本文综述了基于孔尺度模型的PEMFC气体扩散层传输现象研究进展,首先介绍了PEMFC和GDL的基本概念以及孔尺度模型的分类和原理,然后从孔隙结构、水管理、电化学反应等方面阐述了孔尺度模型在GDL传输现象研究中的应用,并对现有研究的不足和未来发展方向进行了展望。
关键词:质子交换膜燃料电池;气体扩散层;孔尺度模型;传输现象;数值模拟
随着全球能源需求的不断增长以及环境污染问题的日益严峻,开发高效、清洁的新能源技术迫在眉睫。
质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)作为一种将化学能直接转换为电能的电化学装置,具有能量转换效率高、零排放、启动速度快等优点,被认为是21世纪最具潜力的清洁能源技术之一[1-3]。
PEMFC的核心部件是膜电极组件(MEA),它由质子交换膜、催化层和气体扩散层(GasDiffusionLayer,GDL)组成。
其中,GDL位于催化层和集流板之间,其主要作用是:(1)为反应气体提供传输通道,确保反应气体能够顺利到达催化层;(2)将反应生成的液态水及时排出,防止水淹现象的发生;(3)收集电子并将电流传导至外电路;(4)为MEA提供机械支撑,保证电池在组装和运行过程中的结构稳定性。
GDL的微观结构通常由碳纤维、粘结剂和憎水剂构成,具有复杂的孔隙网络和多孔介质特性。
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