Modeling and Experimental Validation of Pt Loading and Electrode Composition Effects in PEM Fuel Cells

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作者
Liang Hao,Koji Moriyama,Wenbin Gu,Chao-Yang Wang
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:162 (8): F854-F867 被引量:140
标识
DOI:10.1149/2.0221508jes
摘要

A low platinum loading model, considering both the platinum loading and platinum particle distribution on carbon support, is developed. This model takes into account the interfacial transport resistances at ionomer, water film and Pt particle surfaces in order to capture the effects of Pt loading and electrode composition on fuel cell performance. After coupling this electrode model into a comprehensive PEM fuel cell model, i.e. M2 model, experimental validation is performed for a wide range of Pt loading from 0.2 to 0.025 mg/cm2 for two electrode compositions with and without carbon dilution. Good agreement between the predicted and measured polarization curves is achieved under wide-ranging operating conditions. The agglomerate size effect is also examined and it is shown that the agglomerates have virtually no effect on cell performance for agglomerate radius smaller than 150 nm. Since in realistic fuel cell catalyst layers, agglomerates may not exist, or may only exist with sizes no larger than 150 nm based on SEM observations, the present work suggests that the standard homogeneous electrode model is suitable and sufficient for analyses of transport losses in PEM fuel cell electrodes where interfacial transport resistances exist.
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