分会场

燃料电池与储能

摘要

质子交换膜燃料电池是运输和分布式发电领域中一种很有前途的能源。气体扩散层是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，由大孔基底层和疏水微孔层组成。气体扩散层通过调节水管理来改变燃料电池的传质能力并提高其输出性能。 本研究结合计算机断层扫描技术与随机重构算法，搭建了真实基底层和微孔层的三维模型，并利用图像处理算法修改模型实现具有穿孔微观结构的气体扩散层模型。采用三维格子玻尔兹曼方法中多相多组分伪势模型，研究气体扩散层中穿孔结构对液态水分布和流动状态的影响。研究发现，扩散层上的穿孔结构增强了液态水在平面内方向上的渗透性，降低了平面内方向的渗透性。此外，制备了具有不同结构的气体扩散层样品，并在多种湿度条件下进行了测试。验证仿真模型的可靠性和准确性的同时，进一步研究穿孔结构对燃料电池性能的影响。结果表明，随着测试湿度的增加，具有穿孔结构的样品在高电流密度下表现出更好的性能，平均孔径大于扩散层的穿孔结构显著影响疏水扩散层中的水传输。本文研究可为具有多孔结构的气体扩散层的实际设计和应用提供指导。

关键词

贯穿孔;两相流;三维格子玻尔兹曼方法;气体扩散层;质子交换膜燃料电池

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