[发明专利]燃料电池催化剂层微观结构生成方法、系统、设备和介质

说明书

本申请涉及一种燃料电池催化剂层微观结构生成方法及系统。该系统包括：获取燃料电池催化剂层微观结构中铂碳的质量比，并转换为体积比，燃料电池催化剂层微观结构包括内核和外层，内核包括碳载体和设置在碳载体上的铂金颗粒，外层包括覆盖在碳载体上不同区域的离聚物和非离聚物；根据体积比，确定铂金颗粒在碳载体上的分布数量，形成内核的几何模型。确定外层的厚度，并在内核的几何模型上形成外层的几何模型；确定离聚物在碳载体上的覆盖率和分布区域数量，并修改外层的几何模型，得到燃料电池催化剂层微观结构的几何模型。使用该几何模型进行仿真实验，能够使实验结果与实际结构更加相近，实验结果更准确。

技术领域

本申请涉及燃料电池设计技术领域，特别是涉及一种燃料电池催化剂层微观结构生成方法、系统、设备和介质。

背景技术

燃料电池的催化剂层是燃料电池的核心部件，也是燃料电池能量损失的主要来源。所以，对燃料电池催化剂层的结构进行优化，可以提高燃料电池的性能。而基于实验的方式构建燃料电池的催化剂层存在时间长，成本高的问题。因此，需要构建燃料电池的催化剂层微观结构的模型来进行研究。

现有技术中，燃料电池催化剂层微观结构的模型是外部均匀包覆了一层离聚物薄膜的结构。

然而，实际中的燃料电池的催化剂层上存在覆盖有离聚物的区域和未覆盖离聚物的区域，因此存在离聚物的覆盖率这个概念。现有技术中的模型无法体现出离聚物的覆盖率，导致使用现有技术的模型进行实验仿真得到的结果不准确。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够构建体现了离聚物覆盖率的燃料电池催化剂层微观结构模型的燃料电池催化剂层微观结构生成方法、系统、设备和介质。

一种燃料电池催化剂层微观结构的生成方法，所述方法包括：获取燃料电池催化剂层微观结构中铂碳的质量比，并转换为体积比，所述燃料电池催化剂层微观结构包括内核和外层，所述内核包括碳载体和设置在所述碳载体上的铂金颗粒，所述外层包括覆盖在所述碳载体上不同区域的离聚物和非离聚物；根据所述体积比，确定所述铂金颗粒在所述碳载体上的分布数量，形成所述内核的几何模型；所述内核的几何模型中，所述分布数量的铂金颗粒间隔分布在所述碳载体上；确定所述外层的厚度，并在所述内核的几何模型上形成所述厚度的外层，形成所述燃料电池催化剂层微观结构的几何模型；确定所述离聚物在所述碳载体上的覆盖率，并在所述外层中区分出所述离聚物和所述非离聚物，所述离聚物在所述外层中所占的体积等于所述覆盖率。

在其中一个实施例中，所述获取燃料电池催化剂层微观结构中铂碳的质量比，并转换为体积比，包括：获取燃料电池催化剂层微观结构中铂碳的质量比；根据如下公式计算所述燃料电池催化剂层微观结构中铂碳的体积比：

其中，V_Pt为铂金颗粒的体积，V_Carbon为碳载体的体积，W_Pt为铂金颗粒的质量，W_Carbon为碳载体的质量，ρ_carbon为碳载体的密度，ρ_Pt为铂金颗粒的密度。

在其中一个实施例中，所述根据所述体积比，确定所述铂金颗粒在所述碳载体上的分布数量，形成所述内核的几何模型包括：根据如下公式确定每个碳载体上铂金颗粒的数量：

其中，n为每个所述碳载体上铂金颗粒数量，π为圆周率，R为所述碳载体的半径，r为所述铂金颗粒的半径；根据所述数量，生成所述内核的几何模型。

在其中一个实施例中，所述确定所述外层的厚度，并在所述内核的几何模型上形成所述厚度的外层，形成所述燃料电池催化剂层微观结构的几何模型，包括：获取燃料电池催化剂层的第一样品；通过检测设备对所述第一样品进行厚度测量，并将检测得到的厚度取平均值，得到所述外层的厚度；在所述内核的几何模型上形成所述厚度的外层，得到所述燃料电池催化剂层微观结构的几何模型。