Статья «КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АКТИВНОГО СЛОЯ КАТОДА ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ: ОБЪЯСНЕНИЕ ПРИРОДЫ КОЛЕБАНИЙ ГАБАРИТНОГО ТОКА, "Электрохимия"»

Проведено полное компьютерное моделирование структуры (и транспортной, и зерен подложки - агломератов углеродных частиц, на поверхность которых нанесен катализатор - Pt) и процессов генерации тока активного слоя (АС) катода топливного элемента с твердым полимерным электролитом. Изучен процесс функционирования АС в потенциостатическом режиме и проведены расчеты, показывающие как колебания температуры Ts АС и топливного элемента Т влияют на величину габаритного тока катода I и на степень затопления водой зерен подложки. Впервые показано (экспериментально и моделированием), что изменение разности температур Ts - Т вызывает колебания I и степени затопления водой зерен подложки: с ростом Ts - Т растет I, а затопление зерен подложки водой падает, и наоборот - при снижении Ts - Т падает I, а затопление зерен подложки водой возрастает. Приведено объяснение подобных явлений с учетом структуры зерен подложки, в которых идет восстановление О2 и генерация Н2О. Здесь имеются собственные каналы для транспорта к катализатору протонов и молекул О2. Выделяющаяся в зернах подложки вода способна частично или даже полностью заполнить газовые поры, по которым к платине доставляется кислород. В результате генерируемый в зернах подложки ток может значительно снизиться, при этом уменьшается и величина I.?Степень заполнения зерен подложки водой определяется двумя процессами: затопления и осушения. Источник затопления - генерация тока, источник осушения - диффузия насыщенных паров воды и фильтрация воды в нанопорах. Скорость затопления тем выше, чем ниже величина потенциала катода, скорость же удаления воды растет или снижается с увеличением или с уменьшением разности температур Тs - Т, колебания разности которых естественным образом приводят к колебаниям величины I.