Simulation on water transportation in gas diffusion layer of a PEM fuel cell: Influence of non-uniform PTFE distribution

质子交换膜燃料电池 阴极 润湿 水运 多孔性 材料科学 气体扩散 化学工程 化学 多孔介质 水流 机械 复合材料 燃料电池 环境工程 环境科学 物理 工程类 物理化学
作者
Shikun Zhou,Gongnan Xie,Haibao Hu,Meng Ni
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (28): 10644-10658 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.12.063
摘要

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are promising clean power sources with high energy conversion efficiency, fast startup, and no pollutant emission. The generated water in the cathode can cause water flooding of the catalyst layer (CL), which in turn can significantly decrease the fuel cell performance. To address this significant issue of PEMFC, a new gas diffusion layer (GDL) with non-uniform distribution of PTFE is proposed for water removal from the CL. The feasibility of this new GDL design is numerically evaluated by a Lattice-Boltzmann Method (LBM)-based two-phase flow model. The porous structure of the new GDL design is numerically reconstructed, followed by LBM simulations of the water transport in GDL. Three types of different wetting conditions are considered. It is found that liquid water transported 7.87% more with a single row of wetted solids and 13.36% more with two rows of wetted solids. The results clearly demonstrate that the liquid water can be effectively removed from the GDL by proper arrangement of hydrophilic solids in the GDL.
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