球形团聚物模型在质子交换膜燃料电池过程模拟中的应用

在建立直通道质子交换膜燃料电池（PEMFC）的二维全电池数学模型中，将球形团聚物模型应用至两极的催化剂层。通过调节团聚物中质子传导介质的比例和催化层孔隙率，预测了基准供气状态下单电池的极化曲线，与文献报道的实验数据吻合良好。研究了电池运行过程中，膜电极内各化学组分和电流密度的分布情况及流向，比较了不同供气压力、催化剂铂颗粒尺寸等参数对电池性能的影响。计算结果表明，在阴极及时排出反应产生的水，并在阳极对燃料气进行加湿是保证单电池正常运行的前提，提高阴极的氧化剂气体压力，可显著改善PEMFC单电池性能，特别是在受浓差极化影响较大的大电流密度区;在催化剂铂载量相同的情况下，减小铂颗粒的尺寸可以提高电池的性能。