考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型

陈秋香 ,  张洁婧 ,  王宇新

引用本文: 陈秋香, 张洁婧, 王宇新. 考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型[J]. 物理化学学报, 2013, 29(03): 559-568. doi: 10.3866/PKU.WHXB201301082 shu
Citation:  CHEN Qiu-Xiang, ZHANG Jie-Jing, WANG Yu-Xin. Micro-Modelling of PEMFC Taking Account of Gaseous and Liquid Water inside the Catalyst Layer[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(03): 559-568. doi: 10.3866/PKU.WHXB201301082 shu

考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(20606025)资助项目 (20606025)

摘要:

在考虑气、液两相水影响的条件下基于微观格点催化层模型对聚合物膜燃料电池(PEMFC)性能进行了模拟. 通过氧浓度分布和反应速率分布的比较, 说明了同时考虑催化层中气、液两相水影响的必要性. 模拟分析了液态水体积分数、氧气浓度及氧还原反应速率等在阴极催化层中的分布情况和影响因素. 考察了不同程度‘水淹’情况下的电池性能以及催化层孔隙率对水传递和电池性能的影响. 结果显示, 催化层中‘水淹’程度对电池性能有显著影响. 催化层中较大的孔隙率便于其中水的排出, 从而有利于提高电池性能.

English

    1. [1]

      (1) He,W. S.; Yi, J. S.; Nguyen, T. V. AICHE J. 2000, 46, 2053.

      (1) He,W. S.; Yi, J. S.; Nguyen, T. V. AICHE J. 2000, 46, 2053.

    2. [2]

      (2) Wang, Z. H.;Wang, C. Y.; Chen, K. S. J. Power Sources 2001,94, 40. doi: 10.1016/S0378-7753(00)00662-5(2) Wang, Z. H.;Wang, C. Y.; Chen, K. S. J. Power Sources 2001,94, 40. doi: 10.1016/S0378-7753(00)00662-5

    3. [3]

      (3) Bao, C.; Ouyang, M.; Yi, B. Tsinghua Sci. Technol. 2006, 11, 54.doi: 10.1016/S1007-0214(06)70155-9(3) Bao, C.; Ouyang, M.; Yi, B. Tsinghua Sci. Technol. 2006, 11, 54.doi: 10.1016/S1007-0214(06)70155-9

    4. [4]

      (4) Liu, X. L.; Lou, G. F.;Wen, Z. J. Power Sources 2010, 195,2764. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.019(4) Liu, X. L.; Lou, G. F.;Wen, Z. J. Power Sources 2010, 195,2764. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.019

    5. [5]

      (5) Min, C. H. J. Power Sources 2010, 195, 1880. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.10.035(5) Min, C. H. J. Power Sources 2010, 195, 1880. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.10.035

    6. [6]

      (6) Akhtar, N.; Kerkhof, P. J. A. M. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2012,9, 021010. doi: 10.1115/1.4005617(6) Akhtar, N.; Kerkhof, P. J. A. M. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2012,9, 021010. doi: 10.1115/1.4005617

    7. [7]

      (7) Kim, Y. B. Int. J. Energy Res. 2012, 36, 509. doi: 10.1002/er.v36.4(7) Kim, Y. B. Int. J. Energy Res. 2012, 36, 509. doi: 10.1002/er.v36.4

    8. [8]

      (8) Lin, G. Y.; He,W. S.; Nguyen, T. V. J. Electrochem. Soc. 2004,151, A1999.(8) Lin, G. Y.; He,W. S.; Nguyen, T. V. J. Electrochem. Soc. 2004,151, A1999.

    9. [9]

      (9) Ye, Q.; Nguyen, T. V. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B1242.(9) Ye, Q.; Nguyen, T. V. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B1242.

    10. [10]

      (10) Wang, X. H.; Nguyen, T. V. J. Electrochem. Soc. 2008, 155,B1085.(10) Wang, X. H.; Nguyen, T. V. J. Electrochem. Soc. 2008, 155,B1085.

    11. [11]

      (11) Gerteisen, D.; Heilmann, T.; Ziegler, C. J. Power Sources 2009,187, 165. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.10.102(11) Gerteisen, D.; Heilmann, T.; Ziegler, C. J. Power Sources 2009,187, 165. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.10.102

    12. [12]

      (12) Obut, S.; Alper, E. J. Power Sources 2011, 196, 1920. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.10.030(12) Obut, S.; Alper, E. J. Power Sources 2011, 196, 1920. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.10.030

    13. [13]

      (13) Srinivasarao, M.; Bhattacharyya, D.; Rengaswamy, R.;Narasimhan, S. Chem. Eng. Res. Des. 2011, 89, 10. doi: 10.1016/j.cherd.2010.04.020(13) Srinivasarao, M.; Bhattacharyya, D.; Rengaswamy, R.;Narasimhan, S. Chem. Eng. Res. Des. 2011, 89, 10. doi: 10.1016/j.cherd.2010.04.020

    14. [14]

      (14) Zhang, J. J.; Yang,W.; Xu, L.;Wang, Y. X. Electrochim. Acta2011, 56, 6912. doi: 10.1016/j.electacta.2011.06.026(14) Zhang, J. J.; Yang,W.; Xu, L.;Wang, Y. X. Electrochim. Acta2011, 56, 6912. doi: 10.1016/j.electacta.2011.06.026

    15. [15]

      (15) Wang, G. Q.; Mukherjee, P. P.;Wang, C. Y. Electrochim. Acta2006, 51, 3151. doi: 10.1016/j.electacta.2005.09.003(15) Wang, G. Q.; Mukherjee, P. P.;Wang, C. Y. Electrochim. Acta2006, 51, 3151. doi: 10.1016/j.electacta.2005.09.003

    16. [16]

      (16) Wei, Z. D.; Ran, H. B.; Liu, X. A.; Liu, Y.; Sun, C. X.; Chan, S.H.; Shen, P. K. Electrochim. Acta 2006, 51, 3091. doi: 10.1016/j.electacta.2005.08.048(16) Wei, Z. D.; Ran, H. B.; Liu, X. A.; Liu, Y.; Sun, C. X.; Chan, S.H.; Shen, P. K. Electrochim. Acta 2006, 51, 3091. doi: 10.1016/j.electacta.2005.08.048

    17. [17]

      (17) Wang, H. X.; Cao, P. Z.;Wang, Y. X. Front. Chem. Eng. China2007, 1, 146. doi: 10.1007/s11705-007-0027-3(17) Wang, H. X.; Cao, P. Z.;Wang, Y. X. Front. Chem. Eng. China2007, 1, 146. doi: 10.1007/s11705-007-0027-3

    18. [18]

      (18) Kim, S. H.; Pitsch, H. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, B673.(18) Kim, S. H.; Pitsch, H. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, B673.

    19. [19]

      (19) Lange, K. J.; Sui, P. C.; Djilali, N. J. Electrochem. Soc. 2010,157, B1434.(19) Lange, K. J.; Sui, P. C.; Djilali, N. J. Electrochem. Soc. 2010,157, B1434.

    20. [20]

      (20) Siddique, N. A.; Liu, F. Q. Electrochim. Acta 2010, 55, 5357.doi: 10.1016/j.electacta.2010.04.059(20) Siddique, N. A.; Liu, F. Q. Electrochim. Acta 2010, 55, 5357.doi: 10.1016/j.electacta.2010.04.059

    21. [21]

      (21) Zhang, J. J.; Cao, P. Z.; Xu, L.;Wang, Y. X. Front. Chem. Sci.Eng. 2011, 5, 297. doi: 10.1007/s11705-011-1201-1(21) Zhang, J. J.; Cao, P. Z.; Xu, L.;Wang, Y. X. Front. Chem. Sci.Eng. 2011, 5, 297. doi: 10.1007/s11705-011-1201-1

    22. [22]

      (22) Mukherjee, P. P.;Wang, C. Y. J. Electrochem. Soc. 2006, 153,A840.(22) Mukherjee, P. P.;Wang, C. Y. J. Electrochem. Soc. 2006, 153,A840.

    23. [23]

      (23) Wang, G. Q.; Mukherjee, P. P.;Wang, C. Y. Electrochim. Acta2007, 52, 6367. doi: 10.1016/j.electacta.2007.04.073(23) Wang, G. Q.; Mukherjee, P. P.;Wang, C. Y. Electrochim. Acta2007, 52, 6367. doi: 10.1016/j.electacta.2007.04.073

    24. [24]

      (24) Hattori, T.; Suzuki, A.; Sahnoun, R.; Koyama, M.; Tsuboi, H.;Hatakeyama, N.; Endou, A.; Takaba, H.; Kubo, M.; Del Carpio,C. A.; Miyamoto, A. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 7929. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.03.165(24) Hattori, T.; Suzuki, A.; Sahnoun, R.; Koyama, M.; Tsuboi, H.;Hatakeyama, N.; Endou, A.; Takaba, H.; Kubo, M.; Del Carpio,C. A.; Miyamoto, A. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 7929. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.03.165

    25. [25]

      (25) Zhang, J. J. Simulations of the PEMFC ElectrodeMicrostructure. Ph.D Dissertation, Tianjin University, Tianjin,2011. [张洁婧. PEMFC 电极微观结构模拟[D]. 天津: 天津大学, 2011.](25) Zhang, J. J. Simulations of the PEMFC ElectrodeMicrostructure. Ph.D Dissertation, Tianjin University, Tianjin,2011. [张洁婧. PEMFC 电极微观结构模拟[D]. 天津: 天津大学, 2011.]

    26. [26]

      (26) Wang, Y.; Basu, S.;Wang, C. Y. J. Power Sources 2008, 179,603. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.01.047(26) Wang, Y.; Basu, S.;Wang, C. Y. J. Power Sources 2008, 179,603. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.01.047

    27. [27]

      (27) Nam, J. H.; Kaviany, M. Int. J. Heat Mass Transf. 2003, 46,4595. doi: 10.1016/S0017-9310(03)00305-3(27) Nam, J. H.; Kaviany, M. Int. J. Heat Mass Transf. 2003, 46,4595. doi: 10.1016/S0017-9310(03)00305-3

    28. [28]

      (28) Leverett, M. C. Trans. AIME 1940, 152.(28) Leverett, M. C. Trans. AIME 1940, 152.

    29. [29]

      (29) Qi, Z. G.; Kaufman, A. J. Power Sources 2003, 113, 37. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00477-9(29) Qi, Z. G.; Kaufman, A. J. Power Sources 2003, 113, 37. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00477-9

    30. [30]

      (30) Chen, F.; Chang, M.; Hsieh, P. Int. J. Hydrog. Energy 2008, 33,2525. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.02.077(30) Chen, F.; Chang, M.; Hsieh, P. Int. J. Hydrog. Energy 2008, 33,2525. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.02.077

    31. [31]

      (31) Kulikovsky, A. A.; Divisek, J.; Kornyshev, A. A. J. Electrochem.Soc. 1999, 146, 3981. doi: 10.1149/1.1392580(31) Kulikovsky, A. A.; Divisek, J.; Kornyshev, A. A. J. Electrochem.Soc. 1999, 146, 3981. doi: 10.1149/1.1392580

    32. [32]

      (32) Ju, H.;Wang, C. Y.; Cleghorn, S.; Beuscher, U. J. Electrochem.Soc. 2006, 153, A249.(32) Ju, H.;Wang, C. Y.; Cleghorn, S.; Beuscher, U. J. Electrochem.Soc. 2006, 153, A249.

    33. [33]

      (33) Gao, Q. J.;Wang, Y. X.; Xu, L.;Wei, G. Q.;Wang, Z. T. ActaPolymerica Sinica 2009, No.1, 45. [高启君, 王宇新, 许莉,卫国强, 王志涛. 高分子学报, 2009, No.1, 45.]

      (33) Gao, Q. J.;Wang, Y. X.; Xu, L.;Wei, G. Q.;Wang, Z. T. ActaPolymerica Sinica 2009, No.1, 45. [高启君, 王宇新, 许莉,卫国强, 王志涛. 高分子学报, 2009, No.1, 45.]

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  641
  • 文章访问数:  1524
  • HTML全文浏览量:  61
文章相关
  • 发布日期:  2013-02-25
  • 收稿日期:  2012-10-31
  • 网络出版日期:  2013-01-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章