通过对电化学的深刻理解来提高燃料电池的效率
raybet雷竞技ios下载博世研究博客|由Ulrich Berner和同事发表，2021-01-14
合著者:Christophe Gerling, Matthias Hanauer
每个燃料电池的核心都是一层薄膜，两侧都覆盖着催化剂层。虽然它看起来并不引人注目，但这层不起眼的薄膜正是燃料电池的神奇之处。这种关键成分的基本反应是众所周知的。然而，要提高燃料电池的效率，让燃料电池电动汽车上路，还需要对复杂过程的全面了解。
远景:专用燃料电池
为了实现碳中和，我们需要大幅改变交通燃料的使用方式。然而，在开发新的燃料技术时，必须仔细平衡成本、重量、寿命和峰值性能。在博世，我们raybet雷竞技ios下载认为燃料电池是陆路运输的关键解决方案，特别是在重载和长距离的应用中。为了使这一愿景成为现实，我们正在进入卡车和汽车的移动燃料电池市场。
挑战:效率损失
为了实现碳中和，我们将博世在系统集成能力方面的长期专业知识与我们最先进的燃料电池堆技术相结raybet雷竞技ios下载合。然而，尽管燃料电池技术已被证明是可行和强大的，但仍有一些障碍阻碍着大规模替代内燃机的尝试。一个主要的挑战在于每个燃料电池的基本过程:将氢和氧转化为电和水的化学反应。这种反应以废热的形式造成了大部分的效率损失。
为了提高燃料电池的效率，必须深入了解其电化学特性。
在催化剂层中发生的电化学反应的基本方面早已为人所知。然而，为了提高整体效率，我们需要全面了解在所有相关条件下催化剂层中发生的所有过程。要做到这一点，我们必须将化学反应的影响与其他并行过程(包括电/质子传导，质量传递等)分开。因此，我们博世研究院正在raybet雷竞技ios下载与大学合作伙伴研究复杂的表征方法和新的模拟模型，以进一步提高我们对燃料电池运行过程的理解。
用反应动力学方法研究溶液
阐明电化学反应细节的一项活动涉及我们的博士生Christophe Gerling的研究，他在前所未有的大量操作参数下研究了反应动力学。(研究论文目前正在审查中，更多信息见基于差分电池极化和电化学阻抗的PEMFC模型参数化光谱学)。通过使用一些表征工具，包括电化学阻抗谱(EIS)，弛豫时间分布(DRT)和极限电流测量，我们可以描绘出化学反应的影响和所有其他过程同时发生。
这使我们能够在大范围的相关操作条件下对反应动力学进行参数化，并揭示了有趣的相互作用和操作优化。例如，我们发现气体的湿度以不同的方式影响几个过程。虽然催化剂层的某些组件在全湿度条件下功能最佳，但整体性能也可以优化到较低的湿度水平，从而可能降低系统成本。这可能有助于找到更好的加湿策略。
前景
在未来，我们计划利用这些知识来推导催化剂层本身的设计规则。这有助于提高该层的性能，并降低对昂贵催化剂材料的需求。
这使我们能够在大范围的相关操作条件下对反应动力学进行参数化，并揭示了有趣的相互作用和操作优化。例如，我们发现气体的湿度以不同的方式影响几个过程。虽然催化剂层的某些组件在全湿度条件下功能最佳，但整体性能也可以优化到较低的湿度水平，从而可能降低系统成本。这可能有助于找到更好的加湿策略。
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作者:Ulrich Berner
李晶是一名训练有素的化学工程师，曾在与能量转换和存储相关的多个领域工作过。在获得薄膜光伏主题的博士学位后，他开始在博世研究公司从事一个涉及PEM电解槽和电化学压缩的项目。raybet雷竞技ios下载在固态锂聚合物电池工作了两年之后，Ulrich回到了PEM领域，专注于燃料电池电极性能和退化的因果关系。
合著者: Christophe Gerling, Matthias Hanauer
