NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG NGẬP ĐIỆN CỰC TRÊN XE ĐIỆN CHẠY PIN NHIÊN LIỆU HYDRO SỬ DỤNG MÔ HÌNH MẠNG LỖ RỖNG

Tóm tắt

 Pin nhiên liệu hydro màng điện phân (PEFCs) là một trong những công nghệ tiềm năng cho phương tiện giao thông do mật độ công suất cao và không phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, hiệu suất và độ ổn định làm việc của hệ thống phụ thuộc mạnh vào khả năng quản lý nước trong điện cực cathode. Nước lỏng tích tụ trong lớp khuếch tán khí (GDL) có thể che lấp đường khuếch tán O2, làm tăng trở kháng truyền khối và gây ngập điện cực. Nghiên cứu này sử dụng mô hình mạng lỗ rỗng (Pore Network Model – PNM) hai pha để khảo sát sự xâm lấn của nước trong GDL có phân bố tính thấm ướt không đồng nhất. Ba cấu hình được xem xét gồm GDL đồng nhất ưa nước, GDL hybrid chia đôi ưa nước/kị nước và GDL đồng nhất kị nước. Kết quả cho thấy cấu trúc hybrid có thể định hướng nước tập trung về vùng ưa nước, trong khi vùng kị nước vẫn duy trì được các đường dẫn khí. Trong điều kiện khảo sát, dải độ xốp trung bình ε = 0.5 đến 0.6 cho thấy sự cân bằng tốt giữa thoát nước và cấp khí. Kết quả này cho thấy thiết kế phân bố tính thấm ướt theo không gian là một hướng tiềm năng để nâng cao khả năng chống ngập của GDL trong PEFC 

Title

INVESTIGATION OF FLOODING IN HYDROGEN FUEL CELL ELECTRODESUSING A PORE NETWORK MODEL

Abstract

 Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) are promising clean-energy devices, but their performance is highly sensitive to water management in the cathode electrode. Excess liquid water in the gas diffusion layer (GDL) blocks O2 transport pathways, increases mass-transfer resistance, and leads to flooding. In this study, a two-phase pore network model (PNM) is used to examine liquid-water invasion in a GDL with non-uniform in-plane wettability. Three configurations are considered: a uniformly hydrophilic GDL, a hybrid GDL with hydrophilic and hydrophobic halves, and a uniformly hydrophobic GDL. The results show that the hybrid structure guides water preferentially toward the hydrophilic region while preserving gas pathways in the hydrophobic region. Under the investigated conditions, a moderate porosity range of ε = 0.5-0.6 provides the best balance between water drainage and gas access. These findings suggest that spatially tailor