压缩气体扩散层微观结构中氧气传输过程的研究

发布时间：2021-03-25 04:00

　　气体扩散层（gasdiffusionlayer,GDL）是实现质子交换膜燃料电池电极内有效气体传输的关键部件.在实际电池中,GDL所承受的装配压力会引起其内部结构较大的变形,尤其是脊下受压部位变形显著.然而,目前国内外相关研究主要集中在未受压GDL上,针对GDL局部受压后的变形对GDL内氧气传输过程的影响方面的研究相对较少,受压GDL内的传质机理尚不清楚.为阐明装配压力所引起的GDL微观结构变形对内部氧气传输过程的影响规律,本文基于有限单元法（finiteelementmethod,FEM）和GDL微观结构随机重构算法建立了压缩GDL孔尺度氧气扩散模型,针对4种装配压力（1.4 MPa,2.8 MPa,4.2 MPa,5.6 MPa）下GDL孔隙内的氧气传输过程进行了详细研究对比.同时,本文研究了孔隙率、纤维直径和GDL厚度等结构参数对压缩GDL内氧气传输特性的影响.结果表明:随着装配压力的增大,GDL内的最小氧气浓度值在逐渐减小,同时流道和脊下氧气浓度分布均匀性变差;随着纤维直径减小、孔隙率增大,在GDL平面方向,压缩GDL中的氧气扩散能力增加;在GDL厚度方向,流道和脊下的氧气浓度... 

【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(11)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

GDL微观结构的数值模型示意

氧气扩散模型的边界条件

GDL被压缩时的微观结构如3(a)所示，与之对应的未被压缩时的微观结构如图3(b)所示．在不均匀压缩的情况下，脊下部分的GDL被压缩，孔隙率变小；流道下的GDL在其边缘略有上翘，孔隙率略有变化，纤维结构整体发生了较大变化．1.2 氧气扩散模型


本文编号：3098982