PEMFC催化层的Monte Carlo模拟

【摘要】： 燃料电池技术被认为是具有广泛应用前景的洁净、高效的发电技术之一。催化层是燃料电池中最重要的组成部分之一,其性能对燃料电池的电池性能有着直接影响,对其进行建模有利于探索催化层的最优结构,指导实际催化层的制备。 首先,本论文从分析PEMFC催化层的微观结构入手,用Monte Carlo方法法建立了基于混合导体假设的催化层两相随机格点模型,应用该模型,分析了催化层的结构参数如孔隙率、催化剂团聚度、催化层厚度等对催化剂利用率和催化层中气体有效扩散系数的影响。 然后,基于质子电子分立导体假设,首次建立了更为细致的Nafion-Pt/C-Pore三相模型。利用此模型不仅更进一步讨论催化层的结构参数如气孔、Nafion、和Pt/C各自比例对催化剂利用率和催化层有效扩散系数的影响,而且研究了Pt/C颗粒自身的微观结构和Pt在Pt/C中的含量对催化剂利用率的影响。 模型计算结果给出了催化层最优的孔隙率、Nafion含量和Pt/C上Pt的负载比例等参数,对于实际的催化层制备具有一定的指导意义。