直接甲醇燃料电池阳极侧的解析解建模

本文通过假设扩散传质机制、Tafel动力学以及直接甲醇燃料电池阳极催化层中的快速质子传输，推导了甲醇浓度和质子电流密度分布的解析解（适用于任意甲醇氧化反应级数）。得到了Thiele模量的表达式，该模量可将阳极过电位表示为电池电流以及动力学和传质参数的函数。对于高电池电流密度，发现Thiele模量（$\phi^2$）随电池电流密度呈二次变化；从而得出阳极过电位与电池电流密度之间的简单相关性。推导了催化层中局部甲醇浓度和局部阳极电流密度分布的解析解。在所提出模型的假设下，通常催化层中的局部甲醇浓度不能表示为层内位置的显式函数。尽管如此，本文给出的阳极过电位方程允许推导出新的半经验方程。