質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極團(tuán)簇模型與數(shù)值分析.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有較高的功率密度和能量轉(zhuǎn)化效率，最有可能成為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。但是目前人們對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的結(jié)構(gòu)、傳輸過(guò)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(shí)，質(zhì)子交換膜燃料電池的開發(fā)和研究還有大量的工作要做。用計(jì)算機(jī)對(duì)膜電極的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從理論上解決膜電極的設(shè)計(jì)的某些問(wèn)題，對(duì)改善膜電極結(jié)構(gòu)和提高催化劑的利用率是有現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。 本文首先建立了質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極的隨

2、機(jī)立方網(wǎng)格模型，在電極模型各格點(diǎn)位置，用MonteCarlo方法生成隨機(jī)分布的Pt/C粒子、Nafion粒子和聚四氟乙烯(PTFE)團(tuán)粒，通過(guò)建立質(zhì)子交換膜膜電極的團(tuán)簇模型，統(tǒng)計(jì)有傳導(dǎo)電子能力的Pt/C粒子團(tuán)簇和有傳導(dǎo)質(zhì)子能力的Nafion粒子團(tuán)簇，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)散通道的團(tuán)簇才產(chǎn)生有效的電流，而其余團(tuán)簇不產(chǎn)生電流，把電極的輸出電流轉(zhuǎn)化成一個(gè)概率事件。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)膜電極的催化劑利用效率的數(shù)值分析。運(yùn)用

3、VC語(yǔ)言編寫了模擬程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膜電極催化劑利用率的統(tǒng)計(jì)，探討了電極結(jié)構(gòu)和電極制備工藝對(duì)催化劑利用率的影響。 通過(guò)對(duì)膜電極(Membraneelectrodeassembly，簡(jiǎn)稱MEA)的Montecarlo模擬獲得以下結(jié)論：(1)催化劑利用率隨電極厚度的增加而減小，所以膜電極的薄型化可以提高電極中的催化劑的利用率。 (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，