北京理工大学化学与化工学院王博

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2023年7月10日，北京理工大学王博教授和王璐助理教授在清华大学主办的高起点新刊Nano Research Energy发表题为“Experimental and numerical efforts to improve oxygen mass transport in porous catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells”的最新综述。
    日益加剧的能源危机和环境污染问题促使国内外大力开发可持续清洁能源。利用氢能的质子交换膜燃料电池（PEMFC），由于其高能效、高能量密度、低操作温度以及清洁和环境友好的特性，在电动汽车、固定电站、航空航天等领域有着广泛的应用前景。然而成本和耐久性仍然是PEMFC商业化发展进程的两大难题。为了降低燃料电池的成本，科研工作者发展了多种催化剂和催化层结构以减少阴极催化层铂载量(<0.1 mgPt cm–2)。诸多研究表明阴极铂载量的降低会引发阴极氧气传输阻力的急剧增大，从而造成燃料电池性能的急剧下降，因此质子交换膜燃料电池阴极催化层内氧气传输阻力的调控对实现低铂载量下燃料电池的优越性能至关重要。

图1. 质子交换膜燃料电池阴极催化剂层中氧气传质阻力的优化策略分类。

    在这篇综述中，王博教授团队分别从实验和数值模拟层面总结了燃料电池阴极多孔催化层内降低氧气传质阻力，提高氧气传质速率的常用策略、作用机制与最新进展，并阐述了实验研究与数值模拟亟待解决的困难和未来研究方向。从实验层面来看，对比宏观组分含量调整，改变碳载体自身的孔道结构和离聚物的结构及属性以优化三相界面的微观调整策略更能实现低铂载量下的氧气传质优化。燃料电池催化层的数值模拟经历了从宏观均质到介观多孔再到微观分子层面发展过程，研究揭示了考虑微观多孔结构对研究催化层内氧气传质的重要性。发展耦合不同尺度下的多相输运机理模型有望为准确掌握燃料电池催化层内部复杂电化学相变传输过程提供有力支撑，为催化层设计提供理论指导。


论文标题：
Experimental and numerical efforts to improve oxygen mass transport in porous catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells
论文网址：
https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120085
DOI：10.26599/NRE.2023.9120085
论文引用：
Ni Z, Han K, Chen X, et al. Experimental and numerical efforts to improve oxygen mass transport in porous catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells. Nano Research Energy, 2023, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120085