Transport-regulated electrochemical

Transport-regulated electrochemical reactions in thin-film platinum (Pt) electrodes for polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) is theoretically investigated with a meso-scale modeling framework. These electrodes are of interest for their potential to reduce low temperature fuel cell costs, but the mechanisms governing their operation are not well-understood at this time. A primary question arising from experimental data is the origin of the high ion conductivity and oxygen reduction reaction (ORR) activity on ionomer-free Pt during PEFC operation when typical ORR potentials are well above commonly measured potentials of zero charge (PZC) for Pt surfaces. These ORR potentials should result in low proton conductivity and high activation losses. Herein, we address these questions with a model that considers both polymer electrolyte and water-covered portions of the Pt electrocatalysts similar to the experimental electrodes. Local electroneutrality is not assumed and the ion transport in water- and polymer electrolyte-covered regions of the Pt is modeled using the continuum Poisson- Nernst- Planck (PNP) equations including spatially-resolved domains for the compact (Stern) portions of the double layer. In addition, the model incorporates the water dissociation reaction (WDR) and both the acidic and alkaline ORR mechanisms. In water-covered regions, the ionic conductivity is highly dependent on the Pt surface charge, local pH, and transport-regulated ORR pathway. The model predicts the experimentally observed high ionic conductivity for Pt thin films in water and attributes it to high hydroxide concentration.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ตามหลักวิชามีการตรวจสอบขนส่งควบคุมปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีในฟิล์มบางแพลตตินั่ม (Pt) หุงตสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงอิเล็กโทรพอลิเมอร์ (PEFCs) กับกรอบงานโมเดลสเกลเมโสหน้า หุงตเหล่านี้จะน่าสนใจสำหรับศักยภาพของพวกเขาเพื่อลดต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิต่ำ แต่กลไกควบคุมการดำเนินงานของพวกเขาไม่เข้าใจดีในเวลานี้ คำถามหลักที่เกิดขึ้นจากข้อมูลที่ทดลองเป็นต้นกำเนิดของไอออนสูงนำและออกซิเจนลดปฏิกิริยา (ORR) กิจกรรมใน Pt ฟรีซึ่งสามารถช่วยในระหว่าง PEFC เมื่อศักยภาพ ORR ทั่วไปมีทั้งศักยภาพมักวัดค่าเป็นศูนย์ (PZC) สำหรับพื้นผิวของ Pt ORR ศักยภาพเหล่านี้ควรทำในการนำโปรตอนต่ำและขาดทุนจากการเปิดใช้งานสูง นี้ เราคำถามเหล่านี้กับแบบจำลองที่พิจารณาอิเล็กโทรพอลิเมอร์และน้ำครอบคลุมบางส่วนของ Pt electrocatalysts เหมือนกับหุงตทดลอง Electroneutrality ท้องถิ่นไม่สันนิษฐาน และการขนส่งไอออนในน้ำและพอลิเมอร์อิเล็กโทรครอบคลุมภูมิภาคของ Pt จะจำลองการใช้สมการปัว - Nernst - ของพลังค์ (PNP) ความต่อเนื่องรวมทั้งแก้ไข spatially โดเมนสำหรับขนาดเล็ก (สเติร์น) ส่วนของชั้นสอง นอกจากนี้ แบบประกอบด้วยปฏิกิริยา dissociation น้ำ (WDR) และทั้งกรด และด่าง ORR กลไก ในน้ำครอบคลุมภูมิภาค นำ ionic จะสูงขึ้นอยู่กับ Pt ผิวค่าธรรมเนียม ค่า pH ภายใน และควบคุมการขนส่งทางเดิน ORR แบบจำลองทำนายการนำสูง ionic experimentally สังเกตสำหรับ Pt ฟิล์มบางในน้ำ และคุณลักษณะเพื่อความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์สูง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การขนส่งควบคุมปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีในทองคำฟิล์มบาง (Pt) ขั้วอิเล็กโทรลิเมอร์สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง (PEFCs) จะตรวจสอบในทางทฤษฎีกับกรอบการสร้างแบบจำลองตรงกลางขนาด ขั้วไฟฟ้าเหล่านี้เป็นที่น่าสนใจสำหรับศักยภาพของพวกเขาที่จะลดค่าใช้จ่ายในอุณหภูมิต่ำเซลล์เชื้อเพลิง แต่กลไกการกำกับดูแลการดำเนินงานของพวกเขาจะไม่ได้เข้าใจอย่างดีในเวลานี้ คำถามหลักที่เกิดขึ้นจากข้อมูลการทดลองเป็นที่มาของการนำไอออนสูงและลดออกซิเจนปฏิกิริยา (ออร์) กิจกรรม ionomer ฟรี Pt ระหว่างการดำเนินการเมื่อ PEFC ศักยภาพออร์ทั่วไปดีกว่าศักยภาพวัดทั่วไปของศูนย์ค่าใช้จ่าย (Pzc) สำหรับพื้นผิว Pt . เหล่านี้มีศักยภาพออร์จะส่งผลให้การนำโปรตอนต่ำและความสูญเสียที่ยืนยันการใช้งานสูง ในที่นี้เราที่จะตอบคำถามเหล่านี้มีรูปแบบที่จะพิจารณาทั้งอิเล็กโทรลิเมอร์และบางส่วนน้ำที่ครอบคลุมของ Pt เคมีไฟฟ้าคล้ายกับขั้วไฟฟ้าทดลอง electroneutrality ท้องถิ่นไม่ได้สันนิษฐานและการขนส่งไอออนในน้ำและพอลิเมอภูมิภาคอิเล็กปกคลุมของ Pt เป็นแบบจำลองที่ใช้ต่อเนื่อง Poisson- Nernst- พลังค์ (PNP) สมรวมทั้งโดเมนตำแหน่ง-มติให้มีขนาดกะทัดรัด (สเติร์น) ส่วนของคู่ ชั้น นอกจากนี้รูปแบบประกอบด้วยปฏิกิริยาแยกออกจากกันน้ำ (WDR) และทั้งสองที่เป็นกรดและด่างกลไกออร์ ในภูมิภาคท​​ี่ปกคลุมไปด้วยน้ำการนำไอออนิกจะขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายผิว Pt ค่า pH ในท้องถิ่นและการขนส่งการควบคุมทางเดินออร์ รูปแบบการคาดการณ์การนำไอออนิกสังเกตการทดลองสูงสำหรับฟิล์มบางจุดในน้ำและแอตทริบิวต์ความเข้มข้นสูงไฮดรอกไซ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การขนส่งการควบคุมปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีในฟิล์มแพลทินัม ( Pt ) ไฟฟ้าพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง ( pefcs ) เป็นทฤษฎีสืบสวนด้วยเมโสสเกลแบบกรอบ ขั้วไฟฟ้าเหล่านี้มีศักยภาพที่จะลดดอกเบี้ยต่ำต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิง อุณหภูมิ แต่กลไกควบคุมการดำเนินงานของพวกเขาจะไม่ได้เข้าใจได้ดีในเวลานี้คำถามหลักที่เกิดขึ้นจากการทดลอง คือจุดเริ่มต้นของความสูงของไอออนออกซิเจนปฏิกิริยารีดักชัน ( ออร์ ) กิจกรรมไอโอโนเมอร์ PT ฟรีในช่วง pefc ผ่าตัดเมื่อศักยภาพออร์ทั่วไป เหนือวัดโดยทั่วไปศักยภาพของศูนย์บริการ pzc ) สำหรับพื้นผิวแพลทินัม ศักยภาพ ออร์เหล่านี้ควรผลต่ำ และกระตุ้นการนำโปรตอนขาดทุนสูง ในที่นี้เราถามที่อยู่เหล่านี้กับแบบจำลองที่พิจารณาทั้งพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์และน้ำครอบคลุมบางส่วนของ PT electrocatalysts คล้ายคลึงกับขั้วไฟฟ้าที่ทดลองelectroneutrality ท้องถิ่นไม่ถือว่าและไอออนในน้ำ - ขนส่งและอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์ครอบคลุมภูมิภาคของ PT แบบต่อเนื่องโดยใช้พารามิเตอร์ - เนิร์นสท์ - พลังค์ ( PNP ) รวมทั้งการแก้ไขสมการเปลี่ยนโดเมนสำหรับขนาดกะทัดรัด ( ท้ายเรือ ) ส่วนของชั้นคู่ นอกจากนี้รูปแบบประกอบด้วยปฏิกิริยาแตกตัวน้ำ ( WDR ) และทั้งกรดและด่างกลไกออร์ . น้ำครอบคลุมภูมิภาค ค่าการนำอิออนคือ pH ท้องถิ่นขึ้นสูงบนพื้นผิว PT ค่าใช้จ่ายและการขนส่งการควบคุม ออร์เส้นทางแบบจำลองคาดการณ์โดยสังเกตค่า PT สูงไอออนสำหรับฟิล์มบางในน้ำและคุณลักษณะมันเพื่อความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์สูง