Статья «АКТИВНЫЙ СЛОЙ КАТОДА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ: МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗЕРЕН ПОДЛОЖКИ, РАСЧЕТ ГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАТОДА, "Электрохимия"»

Рассмотрен активный слой катода топливного элемента с полимерным электролитом (нафионом). С помощью компьютерного моделирования сконструирована оптимальная структура углеродной подложки: ее углеродный “скелет” обладает максимальной внешней поверхностью и обеспечивает электронную проводимость зерен-кубиков подложки по трем осям координат. Нафион в зерне подложки отсутствует, поэтому зерно способно принимать участие лишь в транспорте молекул кислорода, протонной проводимостью оно не обладает. Дана оценка всех параметров структуры оптимального зерна подложки, в частности, установлена величина эффективного коэффициента кнудсеновской диффузии кислорода. После этого уже в масштабах всего активного слоя в модели равновеликих зерен-кубиков трех типов рассчитаны эффективная протонная проводимость и эффективный коэффициент кнудсеновской диффузии кислорода. В заключение был проведен расчет габаритного тока активного слоя катода с полимерным электролитом, в котором протонный перколяционный кластер состоит из одних лишь зерен нафиона, а кнудсеновскую диффузию кислорода создает комбинированный газовый перколяционный кластер, состоящий из зерен-пустот и всех зерен подложки. Величина габаритных токов при t = 80°С и давлении p^* = 101 кПа оказалась невысокой, сотни мА/см². Видимо, величину токов удастся поднять до единиц А/см², если сконструировать зерна подложки, которые обладали бы одновременно как протонной проводимостью, так и способностью поддерживать диффузию кислорода.