燃料電池触媒層における乾燥及び部分飽和条件下でのガス輸送の計算分析

乾燥および湿潤の確率的再構成触媒層（CL）における酸素輸送を分析するために計算研究が行われた。CLの確率的再構成は、参考の3D FIB-SEM再構成の統計的相関関数と一致する所定の粒子サイズのランダムな浸透球を使用して生成される。核生成に基づく完全形態アプローチを使用して、作動中の燃料電池の条件を再現する試みとして構造内部からCLを部分的に浸水させる。3D数値モデルと再構成方法を検証するために、CLの乾燥効果拡散率とその多孔性に伴う変動が獲得され、報告されている文献データと一致することが示される。その後、異なる多孔性と飽和度を持つCLに対してシミュレーションが行われる。統計分析を使用して、多孔性と粒子サイズの関数としての有効クヌーセン半径の表現を推定し、計算された乾燥効果拡散率を使用して、乾燥および湿潤効果拡散率を推定するための一般化されたパーカレーションに基づく相関関数を開発する。異なる孔サイズ分布を持つCLの効果拡散率も3Dシミュレーションから取得され、提案された相関関数を用いて示され、多孔性が0.4-0.7の範囲で10%未満の差異であることが示される。