A Super Uniform Hydrophobic Gas Diffusion Layer for a Proton Exchange Membrane Fuel Cell

材料科学 质子交换膜燃料电池 质子 化学工程 气体扩散 扩散 化学物理 纳米技术 图层(电子) 热力学 燃料电池 化学 工程类 物理 量子力学 生物化学
作者
Yan Xiao,Xiang Li,Qianqian Wang,Yange Yang,Bing Li,Pingwen Ming,Cunman Zhang,Haifeng Dai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (31): 38090-38099 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.3c07303
摘要

The design and optimization of the gas diffusion layer (GDL) play a crucial role in the improvement of proton exchange membrane fuel cell performance. Hydrophobic treatment of a GDL is an important method for facilitating mass transfer, while conventional Teflon treatment is not uniform and leads to an increase in ohmic and heat resistance. Herein, a homogeneous molecular hydrophobic GDL was prepared by liquid phase synthesis, and a two-dimensional non-isothermal model was developed to investigate the transfer mechanism. The peak power density of cells with the GDL described above was improved by 46% compared to that of the conventional GDL. The ohmic and mass transport resistance decreased by 15% and 52%, respectively, under a current density of 1 A cm-2 using the uniform hydrophobic GDL. The simulation results proved that the uniform hydrophobic GDL eliminates the hydrophilic dots, which prevents the formation of water pools and reduces the resistance to gas flow. The water saturation of the conventional GDL reaches 0.19 at a current density of 1 A cm-2, and the saturation of a modified GDL under the same conditions is only 0.13. A dimensionless parameter, Tf, is proposed to characterize the resistance of oxygen diffusion. In conclusion, molecular-level uniform hydrophobic treatment can effectively reduce the ohmic and mass transfer resistance of a GDL and effectively improve the performance of fuel cells.
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