Hydrophobicity gradient optimization of fuel cell gas diffusion media for its application in vehicles

计算流体力学 扩散 多孔介质 材料科学 多孔性 化学工程 气体扩散 氧气 接触角 燃料电池 化学 机械 复合材料 热力学 工程类 有机化学 物理
作者
Qinwen Yang,Zhen Zhang,Gang Xiao,Deyi Xue
出处
期刊:Fundamental research [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.fmre.2024.01.007
摘要

During Fuel Cell Vehicle (FCV) operation, the liquid water in gas diffusion media (GDM) prevents the reaction gas from reaching the reaction zone and lead to output power fluctuation and reduce the lifespan of FCV. In the present research, hydrophobicity gradient settings of micro-porous layer (MPL) and gas diffusion layer (GDL) are optimized to improve the water removal ability of GDM. Computational fluid dynamics (CFD) model is constructed for numerical simulations to analyze the fuel cell power output and the water content in the GDM with different hydrophobicity gradients. Experiments with different hydrophobicity gradients, which are specifically prepared with corresponding concentrations of polytetrafluoroethylene (PTFE) solutions, are conducted for validation of simulation results. It is shown that the positive hydrophobicity gradient of MPL and GDL provides a better capacity for water removal and oxygen transport. The contact angles of MPL and GDL are further optimized as 147.9°-138.6° by genetic algorithm integrated with the CFD simulations.
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