質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極團簇模型與數(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，最有可能成為電動汽車的動力源。但是目前人們對質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的結(jié)構(gòu)、傳輸過程和電極的微觀性質(zhì)還缺乏準確、系統(tǒng)和深層次的認識，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。用計算機對膜電極的結(jié)構(gòu)和組成進行優(yōu)化設(shè)計，從理論上解決膜電極的設(shè)計的某些問題，對改善膜電極結(jié)構(gòu)和提高催化劑的利用率是有現(xiàn)實意義的研究課題。 本文首先建立了質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極的隨

2、機立方網(wǎng)格模型，在電極模型各格點位置，用MonteCarlo方法生成隨機分布的Pt/C粒子、Nafion粒子和聚四氟乙烯(PTFE)團粒，通過建立質(zhì)子交換膜膜電極的團簇模型，統(tǒng)計有傳導電子能力的Pt/C粒子團簇和有傳導質(zhì)子能力的Nafion粒子團簇，認為只有那些既有質(zhì)子傳輸通道又有連續(xù)的電子通道和氣體擴散通道的團簇才產(chǎn)生有效的電流，而其余團簇不產(chǎn)生電流，把電極的輸出電流轉(zhuǎn)化成一個概率事件。進而實現(xiàn)對膜電極的催化劑利用效率的數(shù)值分析。運用

3、VC語言編寫了模擬程序，實現(xiàn)了對膜電極催化劑利用率的統(tǒng)計，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。 通過對膜電極(Membraneelectrodeassembly，簡稱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，