應(yīng)用于乘用車領(lǐng)域的質(zhì)子交換膜燃料電池，具有高效，環(huán)保等特點(diǎn)，但出于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，往往省略氣體加濕模塊，導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部工作濕度較低，從而對(duì)電池的自增濕能力提出了較高的要求。本項(xiàng)目希望通過電池敏感性測(cè)試與模擬仿真手段，研究乘用車工況下氣體擴(kuò)散層的水氣傳輸規(guī)律，進(jìn)而通過選材，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝優(yōu)化等手段對(duì)氣體擴(kuò)散層微孔層進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，優(yōu)化乘用車怠速點(diǎn)與額定點(diǎn)的水管理問題。

在低濕度條件下，質(zhì)子膜與催化層離聚物傳質(zhì)效率嚴(yán)重下降，阻抗升高，會(huì)導(dǎo)致燃料電池性能大幅下降。因此在乘用車工況下，希望膜電極具備較好的自增濕性能，即在低電密運(yùn)行產(chǎn)水較少時(shí)，氣體擴(kuò)散層起到較好的保水性，維持電池內(nèi)部濕度；而高電密運(yùn)行時(shí)，及時(shí)排出多余的水，避免較大的傳質(zhì)極化。從而使得燃料電池在乘用車工況的怠速點(diǎn)與額定點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，都維持較好的工作性能。

在微孔層設(shè)計(jì)方面，通過對(duì)碳材料的物性表征，配方的優(yōu)化和改進(jìn)，最終制備出了性能最佳的微孔層。并通過電池極化測(cè)試與濕度敏感測(cè)試，驗(yàn)證了制備出的氣體擴(kuò)散層在乘用車工況下極化性能良好，在怠速點(diǎn)與額定點(diǎn)運(yùn)行時(shí)能夠維持較高的功率，具有較好的濕度適應(yīng)性。

在仿真方面，構(gòu)建了一套將隨機(jī)重構(gòu)方法與COMSOL仿真相結(jié)合的計(jì)算模型。模型可以生成具有不同材料特征的三維矩陣。通過提取矩陣中儲(chǔ)存的材料參數(shù)，可以更精確的計(jì)算不同的氣體擴(kuò)散層對(duì)燃料電池工作性能與自增濕能力的影響。