Компьютерное моделирование активного слоя катода топливного элемента с полимерным электролитом: Учет процесса диффузии кислорода в зернах подложки

Проведено полное компьютерное моделирование активного слоя катода топливного элемента с полимерным электролитом. Моделировалась не только транспортная структура активного слоя, позволяющая доставлять электроны, протоны и молекулы кислорода для совершения электрохимического процесса восстановления кислорода в любом сечении активного слоя, но также моделировалась и структура зерен подложки (агломераты углеродных частиц, на поверхность которых нанесена платина). Рассчитаны поляризационные кривые активного слоя с учетом омических и диффузионных ограничений (подача протонов и кислорода), которые неизбежно возникают в зернах подложки. Изучено два состояния зерен подложки: их поры полностью свободны от воды и поры полностью затоплены водой. Продемонстрировано, что затопление пор зерен подложки способно привести к резкому снижению величин габаритных токов.

катод топливного элемента с полимерным электролитом, активный слой, компьютерное моделирование, учет омических и диффузионных ограничений в зернах подложки, расчет габаритных токов катода, cathode of fuel cell with polymer electrolyte, active layer, computer simulation, ohmic and diffusion limitations in support grains, calculation of cathode overall currents

1. PEM fuel cell electrocatalysts and catalyst layers: fundamentals and applications / Ed. Zhang J. Springer Verlag London Limited, 2008. 1137 p.

2. Xie J., Wood I. D.L., Wayne D.M., Zawodzinski T.A., Atanassov P., Borup R.L. // J. Electrochem. Soc. 2005. V. 152. P. A104.

3. Mukherjee P.P., Wang C.Y. // J. Electrochem. Soc. 2006. V. 153. P. A840.

4. Rong F., Huang C., Liu Z.OS., Song D., Wang Q. // J. Power Sources. 2008. V. 175. P. 699.

5. Rong F., Huang C., Liu Z.OS., Song D., Wang Q. // J. Power Sources. 2008. V. 175. P. 712.

6. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И. // Электрохимия. 2012. Т.48. С.1192. [Chirkov Yu.G., Rostokin V.I.// Russ. J. Electrochem. 2012. V.48. P.1086].

7. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М.: Эдиториал УРСС, 2001, 144 с.

8. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И. // Электрохимия, 2014. V.50. №9 (статья в печати).

9. Damjanovic A., Genshaw M.A., Bockris J.O.'M. // J. Phys. Chem. 1966. V. 45. P. 4057.

10. Sepa D.B., Vojnovic V., Damjanovic A. // Electrochim. Acta. 1981. V. 26. P. 781.

11. Parthasarathy A., Srinivasan S., Appleby J. //

12. PEM fuel cell electrocatalysts and catalyst layers: fun-damentals and applications / Ed. Zhang J. Springer- Verlag London Limited, 2008. 1137 p.

13. Xie J., Wood I. D.L., Wayne D.M., Zawodzinski T.A., Atanassov P., Borup R.L. // J. Electrochem. Soc. 2005. V. 152. P. A104.

14. Mukherjee P.P., Wang C.Y. // J. Electrochem. Soc. 2006. V. 153. P. A840.

15. Rong F., Huang C., Liu Z.OS., Song D., Wang Q. // J. Power Sources. 2008. V. 175. P. 699.

16. Rong F., Huang C., Liu Z.OS., Song D., Wang Q. // J. Power Sources. 2008. V. 175. P. 712.

17. Cirkov Û.G., Rostokin V.I. // Èlektrohimiâ. 2012. T.48. S.1192. [Chirkov Yu.G., Rostokin V.I.// Russ. J. Electrochem. 2012. V.48. P.1086].

18. Tarasevic Û.Û. Perkolâciâ: teoriâ, prilozeniâ, algoritmy. M.: Éditorial URSS, 2001, 144 s.

19. Cirkov Û.G., Rostokin V.I. // Èlektrohimiâ, 2014. V.50. #9 (statâ v pecati).

20. Damjanovic A., Genshaw M.A., Bockris J.O.'M. // J. Phys. Chem. 1966. V. 45. P. 4057.

21. Sepa D.B., Vojnovic V., Damjanovic A. // Electrochim. Acta. 1981. V. 26. P. 781.

22. Parthasarathy A., Srinivasan S., Appleby J. // Electrochem. Soc. 1992. V. 139. P. 2530.

23. Antoine O., Bultel Y., Durand R. // J. Electroanalyt. Chem. 2001. V. 499. P. 85.

24. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И. // Электрохимия. 2006. Т.42. С.806 [Chirkov Yu.G., Rostokin V.I. // Russ. J. Electrochem. 2006. V. 42. P. 722]

25. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И. // Электрохимия. 2006. Т.42. С.799 [Chirkov Yu.G., Rostokin V.I. // Russ. J. Electrochem. 2006. V. 42. P. 715] Electrochem. Soc. 1992. V. 139. P. 2530.

26. Antoine O., Bultel Y., Durand R. // J. Electroanalyt. Chem. 2001. V. 499. P. 85.

27. Cirkov Û.G., Rostokin V.I. // Èlektrohimiâ. 2006. T.42. S.806 [Chirkov Yu.G., Rostokin V.I. // Russ. J. Electrochem. 2006. V. 42. P. 722]

28. Cirkov Û.G., Rostokin V.I. // Èlektrohimiâ. 2006. T.42. S.799 [Chirkov Yu.G., Rostokin V.I. // Russ. J. Electrochem. 2006. V. 42. P. 715]