質子交換膜燃料電池膜電極的Monte Carlo模擬.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)的膜電極中包含多種傳輸過程，且傳輸過程與電化學反應過程在相互交錯的區域內進行，目前人們對膜電極的結構、傳輸過程和電極的微觀性質還缺乏準確、系統和深層次的認識。制約了高利用率的質子交換膜燃料電池的開發和研究。對質子交換膜燃料電池的膜電極進行全面、深入和系統化的基礎性研究具有十分重要的研究意義和實用價值。 本文首先建立了質子交換膜燃料電池的膜電極的隨機方格子模型，在電極模型各格點位置用MonteCar

2、lo方法生成隨機分布的電極粒子、Nafion粒子和聚四氟乙烯團粒，認為只有那些既有質子傳輸通道，又有連續的電子通道和氣體擴散通道的胞元才產生有效的電流，而其余胞元不產生電流，把電極的輸出電流轉化成一個概率事件。確定了有效輸出電流迷宮通道模型，并建立了非即回無規行走掃描算法，運用MATLAB和C語言編寫了模擬程序實現了對膜電極催化劑利用率的統計，并探討了電極結構和電極制備工藝對催化劑利用率的影響。 通過MEA的Montecarlo

3、模擬可以得到以下結論：(1)催化劑利用率隨電極厚度的增加而減小，電極催化層厚度超過10μm之后催化劑利用率將大打折扣。 (2)Nafion在電極中提供質子通道，Nafion含量在不同厚度電極中存在一最佳值，并不是越多越好，過多的Nafion使催化劑被Nafion團粒所團聚，降低了催化劑利用率。 (3)高負載比的Pt/C作催化劑可以降低催化層厚度，提高催化劑利用率，采用10％的Pt/C作催化劑，催化劑利用率最高僅有51.2