質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的Monte Carlo模擬.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的膜電極中包含多種傳輸過程，且傳輸過程與電化學(xué)反應(yīng)過程在相互交錯的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，目前人們對膜電極的結(jié)構(gòu)、傳輸過程和電極的微觀性質(zhì)還缺乏準(zhǔn)確、系統(tǒng)和深層次的認(rèn)識。制約了高利用率的質(zhì)子交換膜燃料電池的開發(fā)和研究。對質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極進(jìn)行全面、深入和系統(tǒng)化的基礎(chǔ)性研究具有十分重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。 本文首先建立了質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極的隨機(jī)方格子模型，在電極模型各格點(diǎn)位置用MonteCar

2、lo方法生成隨機(jī)分布的電極粒子、Nafion粒子和聚四氟乙烯團(tuán)粒，認(rèn)為只有那些既有質(zhì)子傳輸通道，又有連續(xù)的電子通道和氣體擴(kuò)散通道的胞元才產(chǎn)生有效的電流，而其余胞元不產(chǎn)生電流，把電極的輸出電流轉(zhuǎn)化成一個概率事件。確定了有效輸出電流迷宮通道模型，并建立了非即回?zé)o規(guī)行走掃描算法，運(yùn)用MATLAB和C語言編寫了模擬程序?qū)崿F(xiàn)了對膜電極催化劑利用率的統(tǒng)計(jì)，并探討了電極結(jié)構(gòu)和電極制備工藝對催化劑利用率的影響。 通過MEA的Montecarlo

3、模擬可以得到以下結(jié)論：(1)催化劑利用率隨電極厚度的增加而減小，電極催化層厚度超過10μm之后催化劑利用率將大打折扣。 (2)Nafion在電極中提供質(zhì)子通道，Nafion含量在不同厚度電極中存在一最佳值，并不是越多越好，過多的Nafion使催化劑被Nafion團(tuán)粒所團(tuán)聚，降低了催化劑利用率。 (3)高負(fù)載比的Pt/C作催化劑可以降低催化層厚度，提高催化劑利用率，采用10％的Pt/C作催化劑，催化劑利用率最高僅有51.2