Design and optimization of gradient wettability pore structure of adaptive PEM fuel cell cathode catalyst layer

阴极 质子交换膜燃料电池 润湿 分析化学(期刊) 化学计量学 传质 材料科学 化学 图层(电子) 化学工程 催化作用 复合材料 色谱法 物理化学 有机化学 工程类
作者
Yue Wan,Diankai Qiu,Peiyun Yi,Linfa Peng,Xinmin Lai
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier]
卷期号:312: 118723-118723 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2022.118723
摘要

The design of cathode catalyst layer (CL) is essential to improve the mass transfer capacity of proton exchange membrane (PEM) fuel cell and increase power density. In this work, cathode CL is divided into three sub-layers, and each sub-layer is added nano-particles with different wettability. The gradient CL with hydrophilic SiO2 particles at inner layer and hydrophobic polytetrafluoroethylene (PTFE) particles at outer layer significantly enhances the performance of membrane exchange assembly (MEA). Its performance is 895 mW/cm2@0.6 V, which is 24.1 %higher than CL without any particles (721 mW/cm2@ 0.6 V). Under operating conditions of high current density, high cathode humidity and high air stoichiometry, the gradient CL has only a little voltage loss. Through Electrochemical Impedance Spectroscopies (EIS) impedance analysis under high current density (1.8A/cm2), mass transfer resistance of gradient CL is 25.4 Ω, and is much smaller than the mass transfer resistance of the homogeneous CL of 35.1 Ω, which reflects the significant enhancement in mass transfer capacity of gradient CL. The gradient catalyst layer is suitable for a wider range of current density, humidity, and stoichiometry, but excessive cathode gas stoichiometry causes a decrease in performance, which is caused by excessive drainage capacity. In addition, 18 different gradient CLs are designed and manufactured, and the gradient CL with catalyst coated membrane (CCM) structure has the best performance. In gradient CL, increasing the capillary pressure difference between sublayers is the key to performance improvement. It is confirmed that the property of MEA with appropriate wettability gradient design can be significantly improved.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
DZS完成签到 ,获得积分10
8秒前
wml发布了新的文献求助10
8秒前
七厘米发布了新的文献求助10
8秒前
506407完成签到,获得积分10
10秒前
土拨鼠完成签到 ,获得积分0
11秒前
liukanhai完成签到,获得积分10
14秒前
豆⑧完成签到,获得积分10
18秒前
不劳而获完成签到 ,获得积分10
23秒前
JUN完成签到,获得积分10
24秒前
shacodow完成签到,获得积分10
25秒前
ll完成签到,获得积分10
27秒前
瞿人雄完成签到,获得积分10
28秒前
龙弟弟完成签到 ,获得积分10
29秒前
没心没肺完成签到,获得积分10
30秒前
学术霸王完成签到,获得积分10
31秒前
1002SHIB完成签到,获得积分10
32秒前
nihaolaojiu完成签到,获得积分10
32秒前
sheetung完成签到,获得积分10
32秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
32秒前
57秒前
路漫漫其修远兮完成签到 ,获得积分10
58秒前
月下荷花完成签到 ,获得积分10
58秒前
小山己几完成签到,获得积分10
1分钟前
李音完成签到 ,获得积分10
1分钟前
七厘米发布了新的文献求助10
1分钟前
哥哥发布了新的文献求助10
1分钟前
周周南完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
Brenda完成签到,获得积分10
1分钟前
光亮若翠完成签到,获得积分10
1分钟前
忧虑的静柏完成签到 ,获得积分10
1分钟前
颜小喵完成签到 ,获得积分10
1分钟前
悦耳的城完成签到 ,获得积分10
1分钟前
七厘米完成签到,获得积分10
1分钟前
单纯无声完成签到 ,获得积分10
2分钟前
平凡世界完成签到 ,获得积分10
2分钟前
Neko完成签到,获得积分10
2分钟前
fbwg完成签到,获得积分10
2分钟前
Johan完成签到 ,获得积分10
2分钟前
松柏完成签到 ,获得积分10
2分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
The Cambridge History of China: Volume 4, Sui and T'ang China, 589–906 AD, Part Two 1000
The Composition and Relative Chronology of Dynasties 16 and 17 in Egypt 1000
Russian Foreign Policy: Change and Continuity 800
Real World Research, 5th Edition 800
Qualitative Data Analysis with NVivo By Jenine Beekhuyzen, Pat Bazeley · 2024 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5715346
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5233652
关于积分的说明 15274288
捐赠科研通 4866240
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2612837
邀请新用户注册赠送积分活动 1562989
关于科研通互助平台的介绍 1520370