基于异构技术的时域多尺度方法在动态操作下 PEM 水电解质降解仿真中的应用

氢气是化工等领域的关键能源，受碳排放减少需求的驱动。质子电解质膜水电解 (PEMWE) 是实现可再生能源间歇性电源下绿氢生产的关键技术。然而，由于贵金属材料稀缺，必须更好地理解在动态运行条件下阴极催化层的稳定性。由于电化学系统为黑盒且实验长期测试成本高昂，模型辅助的调查方法至关重要。本文应用基于异构技术的时域多尺度方法，以减少在模拟长期降解（聚焦于催化剂溶解）时的计算复杂度。该方法将问题表述为受动态操作影响的快速局部周期过程与由催化剂层渐进性降解引起的慢速过程。我们假设并实现了一个包含氧化还原反应、催化剂溶解和氢从阴极渗透至阳极侧的机械模型。该多尺度方法显著减少了仿真计算耗时，从数小时降至仅数分钟。这种效率提升归因于慢尺度变量在每次快速尺度变量周期内的演化有限。因此，仅需在每次慢尺度时间步内实现快速过程的局部周期性即可。因此，发展出的时域多尺度方法在加速参数估计和预测仿真步骤方面证明极其有效，这一结果可通过本文结果予以验证。如此，方法可支持系统性地发展描述动态运行条件下 PEMWE 降解的模型。