气体扩散层孔隙率梯度对质子交换膜燃料电池水管理的影响

摘要

为了研究孔隙率对气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)内水分布的影响,使用COMSOLMultiphysics软件构建质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)模型,以单一孔隙为0.4的GDL为基准,设计小梯度双层、大梯度双层、4层梯度3种不同GDL分布结构,对其极化曲线和水含量进行仿真分析。结果表明:相比基准GDL,具有梯度结构的GDL可以有效防止“水淹”现象发生,并能在一定程度上提升电池性能;在平均孔隙率相同时,可以通过加大孔隙率梯度或增加孔隙率梯度分层数量来提高电池阴极侧的排水性能,从而提升电池电流密度;使用具有较大梯度分布与较多梯度分层的GDL能有效提升燃料电池的水管理效率和电池性能。该研究可以有效解决燃料电池的“水淹”问题。