مدل سازي يك بعدي عملكرد يك پيل سوختي با غشا پليمري

One-Dimensional Modeling of Performance of a Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Fuel Cell

در اين مقاله يك پيل سوختي غشا پليمري با استفاده از مدل يك بعدي، پايا و همگن مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا معادلات حاكم بر صفحه توزيع گاز و لايه نفوذ گاز استخراج و افت‌هاي اهمي و ميزان انتقال اكسيژن در آن مدل‌سازي شده و در ادامه ميزان انتقال اكسيژن در لايه كاتاليست كاتد كه كليدي‌ترين بخش پيل سوختي است با استفاده از روش همگن مدل‌سازي مي‌شود و معادلات ديفرانسيل حاكم بر لايه كاتاليست كاتد استخراج شده و با استفاده از يك كد كامپيوتري در زبان برنامه نويسي MATLAB حل مي‌شود و از آن افت فعالسازي بدست مي‌آيد و در ادامه ميزان افت اهمي در غشا پليمري و همچنين افت غلظت نيز با استفاده از يكسري فرضيات مهندسي مدل‌سازي مي‌گردد. سرانجام با استفاده از تمامي افت‌ها، ولتاژ كلي پيل سوختي محاسبه و منحني ولتاژ خروجي پيل رسم شده و مقايسه نتيجه حاصله از اين تحقيق با نتايج تجربي صحت مدل سازي اين پيل را نشان مي‌دهد. همچنين مطالعات كمي جهت بررسي تاثير يكسري از پارامترهاي طراحي مانند ضريب تخلخل لايه نفوذ گاز، ميزان اشباع شدگي لايه نفوذ گاز، ضخامت لايه نفوذ گاز، ميزان بارگذاري پلاتين بر واحد سطح لايه كاتاليست كاتد، ميزان نفوذ غشا در لايه كاتاليست كاتد و ميزان اشباع شدگي لايه كاتاليست كاتد بر ولتاژ و افت فعال سازي پيل سوختي مورد بررسي و تحليل قرار مي‌گيرد. نتايج نشان مي‌دهد تاثير ميزان اشباع شدگي لايه كاتاليست كاتد نسبت به ساير پارامترها بر كارايي پيل بيشتر است.