PEMFC气体扩散层中液态水传输实验研究综述.docx

PEMFC气体集中层中液态水传输试验争论综述

贾秋红;常英杰;李超;张伟;肖燕

【摘要】质子交换膜燃料电池气体集中层中的液态水对于电池的运行和性能有显著的影响.为了提高电池性能,有必要对气体集中层中液态水的传输进展深入争论.对质子交换膜燃料电池的组成、工作原理进展了阐述,对质子交换膜燃料电池气体集中层中液态水传输的试验争论(包括传输机制和影响因素)做了较为全面的综述,并对争论结果进展了总结.%LiquidwaterindiffusionlayerofPEMFChasasignificantimpactontheoperationandperformanceofthecell.Inordertoimprovethecellperformance,itisnecessarytoconductresearchtoliquidwatertransportinthegasdiffusionlayerdetailedly.ThecompositionandworkingprincipleofPEMFCweredescribed.Especially,theresultsofexperimentalresearches(transportingmechanismandinfluencingfactors)ofliquidwatertransportingasdiffusionlayerofPEMFCwerereviewed.Andtheresultsofresearchforscholarsweresummarized.

【期刊名称】《电源技术》

【年(卷),期】2023(041)010

【总页数】4页(P1509-1512)

【关键词】PEMFC;气体集中层;液态水传输;试验争论

【作者】贾秋红;常英杰;李超;张伟;肖燕

【作者单位】重庆理工大学机械工程学院,重庆400054;重庆理工大学机械工程学

院,重庆400054;重庆理工大学机械工程学院,重庆400054;重庆理工大学机械工程学院,重庆400054;重庆理工大学机械工程学院,重庆400054

【正文语种】中文

【中图分类】TM911.4

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低，电池启动速度快，噪声低，构造紧凑和比功率高等优点，已成为目前世界各国争论的热点。除了产生电，氢氧质子交换膜燃料电池还会生成水。假设水不从燃料电池中排出，就会在电池(主要是气

体集中层)中累积，发生水淹现象，进而阻挡燃料(H2)和氧化物(O2或空气)的传输，导致电池“饥饿”而无法工作。气体集中层为电化学反响供给电子通道、气体通道和排水通道。为了得到良好的质量传输和合理的水治理以提高PEMFC性能，有必要对液态水在气体集中层中的传输进展深入争论。本文对PEMFC气体集中层中液态水传输试验争论(传输机理争论和影响因素争论)做了较为具体的综述。

一个典型的PEMFC主要由质子交换膜、催化层、气体集中层、双极板等组成。PEMFC典型构造及工作原理示意图如图1所示。气体集中层一般由碳纸或碳布制作，其中碳纸比较普遍，碳纸是以短的聚丙烯晴(PAN)碳纤维丝和有机树脂为原料，在惰性气氛下烧结而成，外观类似硬纸的多孔材料[1]。碳纸的孔隙随机分布，如

图2(a)所示，碳布的孔隙分布则比较规整，如图2(b)所示。为了在集中层中产生两种通道——憎水的反响气体通道和亲水的液态水传输通道，则需要对气体集中层用聚四氟乙烯(PTFE)乳液进展憎水处理。经过憎水处理后的外表一般粗糙不平，为了增加基底层的外表平坦度，同时改善气体集中层孔隙构造，增加导电性，通常在其外表制备一层含有导电碳粉的微孔层(MPL)，MPL位于气体集中层和催化层之间。

PEMFC的化学反响方程式为：

产物水首先在阴极催化层外表产生，同时在电渗作用下，水通过质子交换膜由阳极向阴极迁移，导致阴极催化层液态水的饱和度以及水蒸气的分压均高于流场处，液态水和水蒸气由阴极催化层经阴极气体集中层向流场传输。阳极气体集中层中水主要来自氢气增湿过程和反集中。

对于PEMFC气体集中层中液态水传输的试验争论主要分为两种：一种是对气体集中层中液态水传输机制的争论；一种是对气体集中层中液态水传输影响因素的争论。争论主要承受射线扫描成像法(电子显微镜法、中子成像方法、X射线成像方法等)、光学成像法(荧光显微成像法等)、核磁共振成像法等。其中，核磁共振技术存在许

多缺乏，应用不是很广泛。

Nam和Kaviany[3]将Toray公司生产的碳纸置于低温、低水蒸气压力的环境