Multi-objective optimization of gradient gas diffusion layer structures for enhancing proton exchange membrane fuel cell performance based on response surface methodology and non-dominated sorting genetic algorithm-III

质子交换膜燃料电池 托普西斯 分类 响应面法 多目标优化 遗传算法 数学优化 算法 计算机科学 工程类 数学 化学工程 燃料电池 机器学习 运筹学
作者
Ke Chen,Zongkai Luo,Guofu Zou,Dandi He,Zhongzhuang Xiong,Yu Zhou,Ben Chen
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:288: 129793-129793 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.energy.2023.129793
摘要

The gas diffusion layer structure has a significant impact on water and gas transport in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). In this study, a multi-objective optimization (MOO) method is applied to optimize the PEMFC gas diffusion layer (GDL) structures for performance enhancement. Nine design parameters are studied to analyses the output performance of the fuel cell and the average water content of the membrane, oxygen concentration non-uniformity, power density and system efficiency are used as performance indexes. The MOO forms the response surface regression model based on the three-dimensional numerical model of PEMFC, and the response surface methodology after processing through the non-dominated sorting genetic algorithm-III (NSGA-III) to obtain the Pareto frontier, and prioritizes the best operating conditions and structures based on technique for order preference by similarity to an ideal solution (TOPSIS). Compared with the reference point, the performance indexes of the decision point obtained by the NSGA-III algorithm and TOPSIS algorithm is enhanced by 0.45 %, 42.06 %, 2.99 % and 0.25 %, respectively. This study presents a new multi-objective optimization method for optimizing operating conditions combine with GDL structures for building efficient PEMFC, which provides a solution for achieving higher performance. The optimal results in this paper can provide some guidance for fuel cell performance improvement and control optimization.
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