质子交换膜电解槽具有温度较低、快速启动、高电流密度、对快速负载变化适应性强等优点，符合海上风力发电的波动性和间歇性特点，是目前最适合海上风电大规模制氢的技术路径。

本项目旨在深入分析微孔层的水气传输机制，优化微孔层结构参数，并建立微孔层烧结结构仿真预测模型，设计面向钛基的微孔层制备工艺，制备高性能的微孔层，同时对电解槽的整体结构设计、装配过程和运行模式等进行系统研究和优化。

本项目的总体目标是制备出高性能微孔层，提高PEM电解槽运行效率。

1、基于随机生成算法建立微孔层几何模型，构建并验证水气传输两相流模型，并优化厚度、孔隙率、粒径等微孔层结构参数以提升水气传输效率，进而提高电解槽制氢效率。

2、建立TiC微孔层烧结仿真预测模型。根据烧结相场理论，利用COMSOL完成多种烧结工艺参数下对微孔层微观结构影响的仿真模拟。

3、设计纳米级钛基TiC微孔层制备工艺。从制浆制备、浆料印刷和真空烧结三个阶段，控制浆料颗粒、烧结温度和烧结时间制备高性能微孔层。

4、选择满足电解槽使用性能的材料，满足电解槽的密封性能和压力指标。 并通过记录数据绘制出不同电流密度下的电解槽极化曲线。研究出电解槽的长寿命加速策略。

1、通过随机方法建立“微孔层+多孔层”孔隙网络模型，并通过两相流算法实现水气传输过程仿真。得到厚度、孔隙率、粒径等微孔层结构参数与相对渗透率、相对扩散率、分层水饱和度等评价指标的映射关系，指导微孔层的设计与制备。

2、建立TiC微孔层烧结仿真预测模型，能够仿真模拟二维和三维多球情况下的烧结变化，与实验结果拟合度高。

3、制备纳米级钛基TiC微孔层，颗粒粒径50-100nm，厚度可达40μm，极化曲线分析中传质极化过电位更低，性能更优异。

4、完成电解槽电池的装配，通过确定的大扭矩确保密封性能优良。

5、电池内部密封结构的仿真和优化，得到包括密封垫梯形形状，压缩率大于0.35和装配错位不大于0.5mm的要求。