PEM 燃料电池阴极催化剂层中的离聚物结构与组分传输：一项分子动力学研究
化学物理
2024-02-08 v1
摘要
质子交换膜 (PEM) 燃料电池阴极催化剂层 (CCL) 中水和质子的传输对电池性能至关重要，但其潜在机制尚不清楚。在此，通过全原子分子动力学模拟研究了 CCL 中的离聚物结构以及水和质子的分布/传输特性。结果表明，在低含水量下，孤立的水团簇在离聚物孔隙中形成，而质子传输主要通过离聚物侧链的带电位点和 Grotthuss 机制进行。此外，随着含水量的增加，水团簇相互连接形成连续的水通道，为通过载体机制和 Grotthuss 机制进行质子转移提供了有效路径。增加离聚物质量含量可以增强离聚物的致密排列，进而增加电荷位点密度并提高质子传输效率。当离聚物质量含量较高时，团簇效应减少了水扩散的空间，增加了质子传输路径，最终降低了质子传输效率。通过提供对质子传输机制的物理见解，本研究有助于 PEM 燃料电池 CCL 的结构设计和性能改进。
引用
@article{arxiv.2402.04270,
title = {Ionomer structure and component transport in the cathode catalyst layer of PEM fuel cells: A molecular dynamics study},
author = {Yichao Huang and Panagiotis E. Theodorakis and Zhen Zeng and Tianyou Wang and Zhizhao Che},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.04270},
year = {2024}
}
备注
14 pages, 15 figures