基于孔尺度模型的质子交换膜燃料电池气体扩散层传输现象的研究文献综述

 2024-06-19 22:32:56
摘要

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

1.引言

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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