工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究

作     者：谭耀文 姜攀星 杜青 余婉秋 温小飞 詹志刚 TAN Yaowen;JIANG Panxing;DU Qing;YU Wanqiu;WEN Xiaofei;ZHAN Zhigang

作者机构：武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 燃料电池湖北省重点实验室湖北武汉430070 东海实验室浙江舟山316022 

基　　金：国家自然科学基金项目(22179103,21676207) 东海实验室开放基金项目(DH-2022KF0305) 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2024年第75卷第3期

页      码：974-986页

摘      要：为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加快,500 h后Pt表面氧化的区域大幅增加,阴极催化层中团聚体半径与质子交换膜中磺酸基团浓度剧烈减小,衰退区域主要集中在阴极入口处且高电压下衰退程度急剧增加。电池在0.8 V下运行500 h后,阴极入口处阴极催化层与膜厚度显著减小,分别降低13.62%与35.30%;阴极催化层电化学活性面积和膜的离子电导率分别减小59.9%与6.9%,膜的当量质量增加7.4%,且上述指标前100 h内衰退剧烈,随后逐渐趋于平缓。可为膜电极材料设计与控制策略的优化提供参考。

主 题 词：质子交换膜燃料电池 膜电极 工作电压 计算流体力学 衰退 模拟 

学科分类：0808[工学-自动化类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.11949/0438-1157.20231344

馆 藏 号：203127822...