Exploration of significant influences of the operating conditions on the local O2 transport in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs)

文献情報

出版日 2017-09-06
DOI 10.1039/C7CP04837H
インパクトファクター 3.676
著者

Shuiyun Shen, Xiaojing Cheng, Chao Wang, Xiaohui Yan, Changchun Ke, Jiewei Yin, Junliang Zhang


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要旨

A drastic reduction of the Pt loading in the cathode catalyst layers (CCLs) of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) is much desired. However, a decrease in Pt loading inevitably leads to an unexpected increase of local O2 transport resistance (rLocal) and severely weakens the fuel cell performance, particularly at high current densities. Thus, it is both urgent and meaningful to explore the impacts of the operating conditions on rLocal in CCLs and therefore to clarify the intrinsic mechanism. Herein, we systematically explore the influences of the operating conditions, in terms of the dry O2 mole fraction, the relative humidity, the operating pressure and the temperature on rLocal using limiting current measurements combined with mathematical calculations. The results show that, in contrary to the established rules, rLocal in CCLs of PEMFCs is aggravated when the dry O2 mole fraction or the operating pressure are increased. It is also experimentally found that rLocal in CCLs is alleviated with the increase in the relative humidity or the operating temperature. Moreover, an adsorption controlled solution-diffusion model is proposed to illuminate the local O2 transport behavior in CCLs of PEMFCs, and it accounts for the influence of the dry O2 mole fraction on rLocal in CCLs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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