基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法

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1.本发明属于燃料电池技术领域，特别是一种基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法。

背景技术：

2.质子交换膜燃料电池因其能量密度高、效率高、理论上零排放等优点，有相当大的潜力取代传统的内燃机，同时相对于锂电池存在的众多安全问题来说，质子交换膜燃料电池相比锂电池更可靠。目前质子交换膜燃料电池在汽车上的广泛应用仍然面临两个主要挑战：成本和使用寿命。
3.限制燃料电池耐久性的因素之一是催化层中对pt催化剂起支撑作用的碳的腐蚀，特别是在阴极膜电极上。在燃料电池的使用寿命中，频繁的启动和关闭循环是不可避免的，这一过程导致催化层的局部过电位可以达到1.5v，会加速电池内部的老化，对于电池寿命是极为不利的。在启停循环过程中的碳腐蚀会引起催化剂层的显著老化，破坏碳骨架的连通性，导致内部固体结构的坍塌，改变多孔介质的润湿特性，增加催化剂颗粒的尺寸，严重降低电池的输出性能。目前对于电池寿命的估计和催化层老化对电池性能的影响主要通过实验进行，但实验不仅耗时长，同时面临着高昂的技术和操作成本，因此数学模型的使用成为不二之选。目前许多碳腐蚀模型要么完全忽略了碳腐蚀导致的复杂结构变化，要么仅基于电极质量损失的经验方程，这些模型在预测不同老化条件下的质量损失和催化层结构变化的表现很差，亟需建立一个更符合实际的物理化学模型来描述碳载体腐蚀所导致的各种现象和对电池性能损失进行预测等。
4.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法，本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法包括：
6.步骤1：建立一维电池模型，电池模型的计算区域沿厚度方向依次由阳极极板、阳极气体扩散层、阳极微孔层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层和阴极极板构成，其中，一维电池模型的模型参数包括各物质组分的扩散系数、质子和电子的电导率、气体局部传质阻力以及多孔介质的孔隙率、润湿角、平均孔隙直径物性参数；建立催化层的一维碳腐蚀模型，对电池的催化层进行老化模拟，将催化层沿厚度方向划分为n个控制体，根据所模拟质子交换膜燃料电池催化层的碳载量、铂载量、离聚物与碳的质量比和孔隙率参数设置催化层的初始结构参数，即每个控制体的初始孔隙率、离聚物体积分数、碳颗粒半径、数量和铂颗粒半径，并在后续碳腐蚀过程中对其进行更新；
7.步骤2：建立并运行双位点碳腐蚀模型，输入测试电压循环曲线以模拟电池启停循
环条件下的催化层老化过程，其中，双位点碳腐蚀模型包括，
8.c#+h2o
→
c#oh+h
+
+e-ꢀꢀ
(1)
[0009][0010]
其中f为弗朗金系数，c为某种反应产物在碳表面总反应位点中的占比，其下标va和co等代表反应产物种类，符号#或*分别代表碳表面两种反应位点的类型，f为法拉第常数，r为通用气体常数，t为反应过程中催化层温度，v为催化层过电势，其他参数为电化学反应动力学的拟合参数，此参数说明对于后续公式同样适用，
[0011][0012][0013]
其中p0为水蒸气分压，为水蒸气分压的参考值，
[0014][0015][0016]
其中h
+
为催化层离聚物中的质子浓度，为离聚物中质子浓度的参考值，
[0017]
2c#oh+c#+h2o
→
c3#o3+4h
+
+4e-ꢀꢀ
(7)
[0018][0019]
c3#o+c*o
→
c3#o2+c*
ꢀꢀ
(9)
[0020][0021]
2c#oh+c#+h2o+c3#o2→
c3#o2+c3#o3+4h
+
+4e-ꢀꢀ
(11)
[0022][0023][0024][0025]
公式(1)-(14)为双位点碳腐蚀模型中的电化学反应过程及对应的动力学方程表达式，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，
[0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032]
公式(15)-(20)为双位点碳腐蚀模型的控制方程，其中n
#
和n
*
分别为#和*位点在单位碳表面积的摩尔数，在启停循环条件下对其进行求解以模拟催化层在电池启停状态下的碳腐蚀过程，采用牛顿法迭代计算得到每个控制体的碳腐蚀反应速率、氧化物和中间产物的生成和消耗速率以及覆盖率，
[0033][0034][0035]
公式(21)-(22)为催化层的碳质量守恒和水蒸气守恒控制方程，模拟催化层内部整体的碳腐蚀和水蒸气的消耗和运输过程，将碳腐蚀模型计算得到碳腐蚀速率代入并对其进行求解即可得到当前时间步每个控制体的碳剩余量和水蒸气在催化层的浓度分布，其中c
c，i
为每个控制体单位横截面积的碳剩余摩尔量，ε为孔隙率，sb为碳颗粒的比表面积，m为碳的摩尔质量，rate2为碳氧化生成二氧化碳的反应速率，d为水蒸气在催化层中的扩散系数，为水蒸气浓度，为碳腐蚀导致的水蒸气消耗源项，下标i代表控制体的编号；
[0036]
步骤3：基于演化控制方程模拟催化层结构压缩过程，更新催化层结构参数，根据催化层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，
[0037][0038][0039][0040]
[0041][0042][0043]
ε(i)＝1-εc(i)-εi(i)-ε
pt(i)ꢀꢀ
(29)
[0044]
公式(23)-(29)为催化层结构参数的演化控制方程，模拟碳腐蚀后在预紧力作用下催化层的结构压缩过程，将上述计算得到的c
c，i
代入方程组并进行求解得到当前时间步碳腐蚀后催化层每个控制体的剩余厚度、孔隙率、离聚物体积分数、碳颗粒直径，其中di为碳颗粒直径，εi(i)、εc(i)、ε
pt
(i)、ε(i)分别为离聚物、碳基和金属铂的体积分数以及孔隙率，dx(i)为控制体大小，(i/c)为离聚物与碳基的质量比，numi为控制体内碳颗粒的数量，a为催化层的横截面积，vm为碳的摩尔体积，ρ
pt
为金属铂的密度，ρc为碳的密度，ρ
ion
为离聚物的密度，l
cl
为催化层的初始厚度，m
pt
为催化层的铂载量，
[0045][0046][0047]
公式(30)-(31)为催化层pt老化半径预测方程，模拟启停循环条件下碳基中pt颗粒的溶解和再沉淀过程，对其迭代计算求解可得到启停循环测试中任意时间下的pt颗粒平均半径r
t，pt
，其中r0为铂颗粒的初始半径，δ为铂的表面能量密度，为pt
2+
在离聚物中的平衡浓度，为pt
2+
在离聚物中的扩散系数，va为平均电压，e
rev
为铂溶解反应的可逆电势，v
pt
为铂的摩尔体积；
[0048]
步骤4：根据更新的催化层结构参数更新电池模型参数，其中，
[0049][0050][0051][0052][0053][0054]
[0055][0056][0057][0058]
公式(32)-(40)为局部传质阻力，离聚物中等效扩散阻力r1、pt的等效界面输运阻力r2、离聚物的等效界面输运阻力r3、有效扩散系数pt的电化学比表面积ecsa、离聚物膜的厚度δ
ion
、铂与碳的质量比pt/c、pt活性体积表面积a
pt
和碳活性体积表面积ac与催化层结构参数的关系式，将上述计算得到的碳颗粒半径rc、离聚物体积分数ε
ion
、i/c、孔隙率占等参数代入，对结构参数进行更新计算，实现将催化层碳腐蚀后的局部结构变化反映在电池整体性能计算中；
[0059]
步骤5：基于更新的电池模型参数预测电池性能，其中，
[0060][0061][0062][0063][0064][0065][0066]
公式(41)-(46)为一维电池模型的控制方程，其中ci为气体组分浓度，为气体组分的有效扩散系数，s
lq
为液态水饱和度，d
l
为液态水的有效扩散系数，ρ1为液态水的密度，λ为膜态水含量，dm为膜态水的有效扩散系数，ρ
mem
为膜密度，ew为膜的当量重量，φe为电子电势，为电子的有效电导率，φi为质子电势，为质子的有效电导率，t为温度，k
eff
为有效导热系数，对一维电池模型输入阴、阳极进口压力、氢气和氧气浓度、温度、相对湿度和电池输出电压边界条件参数，对公式(41)-(46)进行耦合迭代求解，即可得到电池内部各物质组分浓度、质子过电势、电子过电势和温度在电池内部的分布以及该输出电压状态下电池对应的输出电流密度。代入所述更新的电池模型参数，通过计算0.1-1.0v输出电压下的输出电流密度得到电池的极化曲线，完成启停循环老化后电池性能的预测。
[0067]
所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法中，电池内部各物质组分包括氢气、氧气、氮气、水蒸气、膜态水、液态水。
[0068]
所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法中，所述催化层为阴极催化层。
[0069]
所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法中，测试电压循环曲线为三角形电波或矩形电波或恒电压。
[0070]
和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法采用双位点碳腐蚀动力学反应方程组，基于牛顿法对不同工况电压循环条件
下碳基质量损失进行计算，并在每个时间步内根据碳质量守恒转化为团聚体模型中碳颗粒直径的演变，进而推演出催化层微观结构的变化(更新催化层厚度、离聚物体积分数、催化剂体积分数和孔隙率等，pt颗粒的平均半径采用pt老化半径模型进行预测)，根据老化后的催化层结构参数，更新电池模型中的气体扩散系数、质子电导率和局部传质阻力等参数，通过对电池模型进行迭代求解，实现对催化层碳腐蚀后电池性能的预测。
附图说明
[0071]
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0072]
在附图中：
[0073]
图1是根据本发明一个实施例的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法的流程示意图；
[0074]
图2是根据本发明一个实施例的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法的燃料电池极化曲线结果与实验测量结果的对比图示意图；
[0075]
图3是上述实例中实验测量和模型验证过程中模拟电池启停循环条件所用的三角形电波示意图。
[0076]
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
[0077]
下面将参照附图1至图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0078]
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0079]
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
[0080]
为了更好地理解，如图1至图3所示，基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法包括，
[0081]
采用双位点碳腐蚀动力学反应方程组，基于牛顿法对不同工况电压循环条件下碳基质量损失进行计算，并在每个时间步内根据碳质量守恒转化为团聚体模型中碳颗粒直径的演变，进而推演出催化层微观结构的变化(更新催化层厚度、离聚物体积分数、催化剂体
积分数和孔隙率等，pt颗粒的平均半径采用pt老化半径模型进行预测)，根据老化后的催化层结构参数，更新电池模型中的气体扩散系数、质子电导率和局部传质阻力等参数，通过对电池模型进行迭代求解，实现对催化层碳腐蚀后电池性能的预测。
[0082]
在一个实施方式中，测试电压循环曲线包括启停电压循环测试。
[0083]
在一个实施方式中，方法分为3个子模块，分别为一维催化层碳腐蚀预测模块、全电池模型参数更新模块、电池整体性能预测模块。
[0084]
①
一维催化层碳腐蚀预测模块：
[0085]
将阴极催化层沿电池厚度方向划分为n个控制体，根据模拟质子交换膜燃料电池的碳载量、铂载量、i/c等参数，设置每个控制体的初始孔隙率、离聚物体积分数、碳颗粒半径和铂颗粒半径等。
[0086]
c#+h2o
→
c#oh+h
+
+e-ꢀꢀ
(1)
[0087][0088][0089][0090][0091][0092]
2c#oh+c#+h2o
→
c3#o3+4h
+
+4e-ꢀꢀ
(7)
[0093][0094]
c3#o+c*o
→
c3#o2+c*
ꢀꢀ
(9)
[0095][0096]
2c#oh+c#+h2o+c3#o2→
c3#o2+c3#o3+4h
+
+4e-ꢀꢀ
(11)
[0097][0098]
[0099][0100]
公式(1)-(14)为双位点碳腐蚀模型中的电化学反应过程及对应的动力学方程表达式，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程。
[0101][0102][0103][0104][0105][0106][0107]
公式(15)-(20)为碳腐蚀模型的控制方程，在启停循环条件下对其进行求解可模拟催化层在电池启停状态下的碳腐蚀过程，采用牛顿法迭代计算得到每个控制体的碳腐蚀反应速率、氧化物和中间产物的生成和消耗速率以及覆盖率等。
[0108][0109][0110]
公式(21)-(22)为催化层的碳质量守恒和水蒸气守恒控制方程，模拟催化层内部整体的碳腐蚀和水蒸气的消耗和运输过程，将碳腐蚀模型计算得到碳腐蚀速率代入并对其进行求解即可得到当前时间步每个控制体的碳剩余量和水蒸气在催化层的浓度分布。其中c
c，i
为每个控制体单位横截面积的碳剩余摩尔量，ε为孔隙率，sb为碳颗粒的比表面积，m为碳的摩尔质量，rate2为碳氧化生成二氧化碳的反应速率。
[0111][0112]
[0113][0114][0115][0116][0117]
ε(i)＝1-εc(i)-εi(i)-ε
pt(i)ꢀꢀ
(29)
[0118]
公式(23)-(29)为催化层结构参数的演化控制方程，模拟碳腐蚀后在预紧力作用下催化层的结构压缩过程，将上述计算得到的c
c，i
代入方程组并进行求解即可得到当前时间步碳腐蚀后催化层每个控制体的剩余厚度、孔隙率、离聚物体积分数、碳颗粒直径等参数。其中di为碳颗粒直径，εi(i)、εc(i)、ε
pt
(i)、ε(i)分别为离聚物、碳基和金属铂的体积分数以及孔隙率，dx(i)为控制体大小，(i/c)为离聚物与碳基的质量比。
[0119][0120][0121]
公式(30)-(31)为催化层pt老化半径预测方程，模拟启停循环条件下碳基中pt颗粒的溶解和再沉淀过程，对其迭代计算求解可得到启停循环测试中任意时间下的pt颗粒平均半径。
[0122]
②
全电池模型参数更新模块：
[0123][0124][0125][0126][0127][0128]
[0129][0130][0131][0132]
碳腐蚀导致催化层结构参数的改变会影响电池内部传质和电化学反应的进行，公式(32)-(40)为局部传质阻力、扩散系数、电化学反应面积等与催化层结构参数的关系式，将上述计算得到的碳颗粒半径、离聚物体积分数、i/c、孔隙率等参数代入，对结构参数进行更新计算，即可实现将催化层碳腐蚀后的局部结构变化反映在电池整体性能计算中。
[0133]
③
电池整体性能预测模块(x为电池厚度方向)：
[0134][0135][0136][0137][0138][0139][0140]
公式(41)-(46)为一维电池模型的控制方程，代入上述更新的电池模型参数，通过计算0.1-1.0v输出电压下的输出电流密度得到电池的极化曲线，完成启停循环老化后电池性能的预测，同时可输出电池内部各种物理场的分布，更直观地分析催化层中碳腐蚀对电池内部传热、传质的影响，以对燃料电池的优化设计提供更为全面的理论参考。
[0141]
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

技术特征：

1.一种基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法，其特征在于，其包括以下步骤，步骤1：建立一维电池模型，电池模型的计算区域沿厚度方向依次由阳极极板、阳极气体扩散层、阳极微孔层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层和阴极极板构成，其中，一维电池模型的模型参数包括各物质组分的扩散系数、质子和电子的电导率、气体局部传质阻力以及多孔介质的孔隙率、润湿角、平均孔隙直径物性参数；建立催化层的一维碳腐蚀模型，对电池的催化层进行老化模拟，将催化层沿厚度方向划分为n个控制体，根据所模拟质子交换膜燃料电池催化层的碳载量、铂载量、离聚物与碳的质量比和孔隙率参数设置催化层的初始结构参数，即每个控制体的初始孔隙率、离聚物体积分数、碳颗粒半径、数量和铂颗粒半径，并在后续碳腐蚀过程中对其进行更新；步骤2：建立并运行双位点碳腐蚀模型，输入测试电压循环曲线以模拟电池启停循环条件下的催化层老化过程，其中，双位点碳腐蚀模型包括，c#+h2o
→
c#oh+h
+
+e-ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中f为弗朗金系数，c为某种反应产物在碳表面总反应位点中的占比，其下标va和co等代表反应产物种类，符号#和*分别代表碳表面两种反应位点的类型，f为法拉第常数，r为通用气体常数，t为反应过程中催化层温度，v为催化层过电势，其他参数为电化学反应动力学的拟合参数，此参数说明对于后续公式同样适用，学的拟合参数，此参数说明对于后续公式同样适用，其中p0为水蒸气分压，为水蒸气分压的参考值，为水蒸气分压的参考值，其中h
+
为催化层离聚物中的质子浓度，为离聚物中质子浓度的参考值，2c#oh+c#+h2o
→
c3#o3+4h
+
+4e-ꢀꢀꢀꢀ
(7)c3#o+c*o
→
c3#o2+c*
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
2c#oh+c#+h2o+c3#o2→
c3#o2+c3#o3+4h
+
+4e-ꢀꢀꢀꢀ
(11)(11)(11)公式(1)-(14)为双位点碳腐蚀模型中的电化学反应过程及对应的动力学方程表达式，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，其中公式(3)、(4)为碳氧化生成二氧化碳的电化学反应方程式和动力学方程，公式(15)-(20)为双位点碳腐蚀模型的控制方程，其中n
#
和n
*
分别为#和*位点在单位碳表面积的摩尔数，在启停循环电压条件下对其进行求解以模拟催化层在电池启停状态下的碳腐蚀过程，采用牛顿法迭代计算得到每个控制体的碳腐蚀反应速率、氧化物和中间产物的生成和消耗速率以及覆盖率，的生成和消耗速率以及覆盖率，公式(21)-(22)为催化层的碳质量守恒和水蒸气守恒控制方程，模拟催化层内部整体的碳腐蚀和水蒸气的消耗和运输过程，将碳腐蚀模型计算得到碳腐蚀速率代入并对其进行求解即可得到当前时间步每个控制体的碳剩余量和水蒸气在催化层的浓度分布，其中c
c，i
为每个控制体单位横截面积的碳剩余摩尔量，ε为孔隙率，s
b
为碳颗粒的比表面积，m为碳的摩尔质量，rate2为碳氧化生成二氧化碳的反应速率，d为水蒸气在催化层中的扩散系数，
为水蒸气浓度，为碳腐蚀导致的水蒸气消耗源项，下标i代表控制体的编号；步骤3：基于演化控制方程模拟催化层结构压缩过程，更新催化层结构参数，根据催化层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，层pt老化半径预测方程预测pt颗粒平均半径，其中，ε(i)＝1-ε
c
(i)-ε
i
(i)-ε
pt
(i)
ꢀꢀꢀꢀ
(29)公式(23)-(29)为催化层结构参数的演化控制方程，模拟碳腐蚀后在预紧力作用下催化层的结构压缩过程，将上述计算得到的c
c，i
代入方程组并进行求解得到当前时间步碳腐蚀后催化层每个控制体的剩余厚度、孔隙率、离聚物体积分数、碳颗粒直径，其中d
i
为碳颗粒直径，ε
i
(i)、ε
c
(i)、ε
pt
(i)、ε(i)分别为离聚物、碳基和金属铂的体积分数以及孔隙率，dx(i)为控制体大小，(i/c)为离聚物与碳基的质量比，num
i
为控制体内碳颗粒的数量，a为催化层的横截面积，v
m
为碳的摩尔体积，ρ
pt
为金属铂的密度，ρ
c
为碳的密度，ρ
ion
为离聚物的密度，l
cl
为催化层的初始厚度，m
pt
为催化层的铂载量；为催化层的铂载量；公式(30)-(31)为催化层pt老化半径预测方程，模拟启停循环条件下碳基中pt颗粒的溶解和再沉淀过程，对其迭代计算求解可得到启停循环测试中任意时间下的pt颗粒平均半径r
t，pt
，其中r0为铂颗粒的初始半径，δ为铂的表面能量密度，为pt
2+
在离聚物中的平衡浓度，为pt
2+
在离聚物中的扩散系数，v
a
为平均电压，e
rev
为铂溶解反应的可逆电势，v
pt
为铂的摩尔体积；步骤4：根据更新的催化层结构参数更新电池模型参数，其中，
公式(32)-(40)为局部传质阻力，离聚物中等效扩散阻力r1、pt的等效界面输运阻力r2、离聚物的等效界面输运阻力r3、有效扩散系数pt的电化学比表面积ecsa、离聚物膜的厚度δ
ion
、铂与碳的质量比pt/c、pt活性体积表面积a
pt
和碳活性体积表面积a
c
与催化层结构参数的关系式，将上述计算得到的碳颗粒半径r
c
、离聚物体积分数ε
ion
、i/c、孔隙率ε等参数代入，对结构参数进行更新计算，实现将催化层碳腐蚀后的局部结构变化反映在电池整体性能计算中；步骤5：基于更新的电池模型参数预测电池性能，其中，模型参数预测电池性能，其中，模型参数预测电池性能，其中，模型参数预测电池性能，其中，模型参数预测电池性能，其中，模型参数预测电池性能，其中，公式(41)-(46)为一维电池模型的控制方程，其中c
i
为气体组分浓度，为气体组分的有效扩散系数，s
1q
为液态水饱和度，d1为液态水的有效扩散系数，ρ1为液态水的密度，λ为膜态水含量，d
m
为膜态水的有效扩散系数，ρ
mem
为膜密度，ew为膜的当量重量，φ
e
为电子电势，为电子的有效电导率，φ
i
为质子电势，为质子的有效电导率，t为温度，k
eff
为有效
导热系数，对一维电池模型输入阴、阳极进口压力、氢气和氧气浓度、温度、相对湿度和电池输出电压边界条件参数；对公式(41)-(46)进行耦合迭代求解，得到电池内部各物质组分浓度、质子过电势、电子过电势和温度在电池内部的分布以及该输出电压状态下电池对应的输出电流密度；代入所述更新的电池模型参数，通过计算0.1-1.0v输出电压下的输出电流密度得到电池的极化曲线，完成启停循环老化后电池性能的预测。2.根据权利要求1所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法，其中，优选的，电池内部各物质组分包括氢气、氧气、氮气、水蒸气、膜态水、液态水。3.根据权利要求1所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法，其中，所述催化层为阴极催化层。4.根据权利要求1所述的基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法，其中，测试电压循环曲线为三角形电波或矩形电波或恒电压。

技术总结

本发明公开了一种基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法，基于催化层碳腐蚀的电池性能预测方法中，采用双位点碳腐蚀动力学反应方程组，基于牛顿法对不同工况电压循环条件下碳基质量损失进行计算，并在每个时间步内根据碳质量守恒转化为团聚体模型中碳颗粒直径的演变，进而推演出催化层微观结构的变化，更新催化层厚度、离聚物体积分数、催化剂体积分数和孔隙率等，Pt颗粒的平均半径采用Pt老化半径模型进行预测，根据老化后的催化层结构参数，更新电池模型中的气体扩散系数、质子电导率和局部传质阻力等参数，通过对电池模型进行迭代求解，实现对催化层碳腐蚀后电池性能的预测。实现对催化层碳腐蚀后电池性能的预测。实现对催化层碳腐蚀后电池性能的预测。