受莲藕结构启发的流场在质子交换膜燃料电池中实现了协同多物理场催化作用

《Journal of Materials Chemistry A》：Synergistic multi-physics catalysis enabled by lotus-root-inspired flow fields in proton exchange membrane fuel cells

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）在复杂工况下因多物理场传输不均导致性能下降，阴极流道（FF）作为关键结构影响催化活性和稳定性。本研究提出莲花根启发的流道设计，整合波浪形主通道与子通道，增强跨肋传输，使场均匀度提升12%，峰值功率密度增加10.45%，并有效调节多物理场耦合与降低过电位。该设计为高性能稳定PEMFC运行提供了新策略。

　　

质子交换膜燃料电池（PEMFC）在复杂运行条件下性能会下降，这是由于气体、水、热量、质子和电子的传输不均匀所致。作为关键的结构元件，阴极流场（FF）在调控多相传输过程中起着核心作用，并直接影响催化活性和设备稳定性。在这里，我们提出了一种受莲藕结构启发的流场设计，该设计结合了波浪形的主通道和子通道，通过侧向的通道网络来增强液流传输效果。这种架构显著提高了多物理场分布的空间均匀性，使得流场均匀性提高了12%，峰值功率密度增加了10.45%，相比传统的平行流场结构有明显优势。全面的综合评估进一步表明，这种莲藕结构流场能够有效调节耦合传输现象并降低电化学过电位。这些发现展示了一种有效的策略，有助于促进多物理场的协同催化作用，从而实现高性能、稳定的PEMFC运行。