扩散层与催化层对直接甲醇燃料电池性能影响的数值研究

摘要

为了考察直接液体甲醇燃料电池(DMFC)中扩散层和催化层的结构参数对电池性能的影响,建立了二维、单相、全电池模型.模型中综合考虑了电化学动力学、水动力学、化学反应和各种组分传递的耦合过程以及甲醇窜流在阴极形成的寄生电流,对阳极催化层和阴极催化层传质过程引入了团聚块模型进行修正.利用此模型,通过自主开发的计算程序,计算了扩散层、催化层的厚度和孔隙率对电池输出性能及甲醇窜流的影响.计算结果表明:相对于催化层而言,电池性能在更大程度上依赖于扩散层的参数.在不同的电池输出电流密度下,扩散层厚度对电池输出性能有不同的影响趋势,应在考虑其他参数的基础上选择合适的扩散层厚度,以获得较优的电池输出性能.大的孔隙率可减小传质阻力,但在提高电池输出性能的同时会加重甲醇窜流.