同濟大學呂洪在《Energy Conversion and Management》上發表質子交換膜電解水製氫多物理場耦合研究最新成果

7月3日，Elsevier旗下高影響力綜合期刊 《Energy Conversion and Management》（IF=9.9, Cite Score=19.0）在線發表了題為“Performance modeling and mechanism study of proton exchange membrane water electrolyzer coupled with water electroosmosis”的研究性論文。該研究主要由同濟大學汽車學院呂洪課題組完成
，博士研究生陳靜嫻為論文第一作者，呂洪副教授為通訊作者。

研究背景

質子交換膜電解水製氫是一種極具潛力的高效綠氫製備技術
，運行過程中涉及複雜的物理現象。水電滲是電解槽在實際運行過程中不可忽視的重要現象，影響dianjiecaodexingnengyutezhengfenbu。xianyouzhizijiaohuanmodianjiecaodeduowulichangouhemoxingyanjiuzhong，qiaqiahulveleshuidianshenyinsu，daozhixianyoumoxingduidianjiecaoxingnengyucecunzaijiaodadepiancha。

研究成果

本文針對質子交換膜電解槽構建了三維全尺寸兩相模型，模型耦合了流體動力學

、電化學反應動力學、質量傳遞


、熱量傳遞、水(shui)氣(qi)兩(liang)相(xiang)流(liu)等(deng)多(duo)個(ge)物(wu)理(li)過(guo)程(cheng)，且(qie)首(shou)次(ci)將(jiang)水(shui)電(dian)滲(shen)因(yin)素(su)引(yin)入(ru)模(mo)型(xing)，並(bing)通(tong)過(guo)實(shi)驗(yan)修(xiu)正(zheng)模(mo)型(xing)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。首(shou)先(xian)，采(cai)用(yong)構(gou)建(jian)的(de)新(xin)模(mo)型(xing)，預(yu)測(ce)了(le)不(bu)同(tong)電(dian)解(jie)電(dian)壓(ya)下(xia)電(dian)解(jie)槽(cao)的(de)兩(liang)相(xiang)流(liu)動(dong)
、傳熱傳質特性和水電滲的變化
；其次，探究了影響水電滲現象的重要結構參數——多孔傳輸層（孔隙率和厚度）與質子交換膜
，從多個指標探究其對電解槽性能、傳熱傳質特性以及水電滲的影響
；最(zui)後(hou)，通(tong)過(guo)優(you)化(hua)新(xin)模(mo)型(xing)，在(zai)選(xuan)定(ding)多(duo)孔(kong)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)的(de)結(jie)構(gou)參(can)數(shu)與(yu)膜(mo)類(lei)型(xing)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)實(shi)現(xian)電(dian)解(jie)槽(cao)的(de)歐(ou)姆(mu)電(dian)阻(zu)變(bian)化(hua)規(gui)律(lv)預(yu)測(ce)。上(shang)述(shu)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)對(dui)完(wan)善(shan)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)電(dian)解(jie)槽(cao)多(duo)物(wu)理(li)場(chang)耦(ou)合(he)建(jian)模(mo)
、由於水電滲引起的陰極側水管理以及電解槽性能優化提供了科學依據。

研究團隊

本研究得到了國家自然科學基金（No. 52271013）、上海市科技創新行動計劃(No. 23DZ1200600)，以及上海智能新能源汽車科創功能平台的支持。詳細研究描述請參閱論文原文及附錄：

Chen J, Sun Y, Hu D, et al. Performance modeling and mechanism study of proton exchange membrane water electrolyzer coupled with water electroosmosis [J]. Energy Conversion and Management, 2024: 118753.

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890424006940

DOI：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118753