بررسي اثر شرايط عملكردي بر مكانيسم هاي خرابي در پيل سوختي پليمري

The Impact of Operational Conditions on Degradation Mechanisms in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

افت عملكرد يكي از محدوديت هاي عمده در كاربردهاي عملي پيل هاي سوختي غشا پليمري مي باشد. عملكرد پيل سوختي غشا پليمري تحت تاثير عوامل گوناگوني از جمله طراحي پيل سوختي، مونتاژ، خرابي مواد، شرايط عملكردي و ناخالصي ها يا آلوده كننده ها مي باشد. با اينكه افت عملكرد در پيل هاي سوختي غير قابل اجتناب است، اما ميزان اين افت ها(از طريق درك جامعي از مكانيسم هاي ايجاد خرابي در پيل هاي سوختي) قابل كمينه شدن است. در كار حاضر، پيل سوختي تك سلولي مورد مطالعه قرار گرفته است. غشا و لايه كاتاليستي ( الكترود هاي آند و كاتد) به عنوان اجزا مهمي كه تحت تاثير خرابي هستند، در نظر گرفته شده است. مدل بكار گرفته شده در اين كار، خرابي لايه هاي مذكور ( خرابي پلاتين در لايه كاتاليستي، نازك شدن و خشك شدن غشا ) را به طور مداوم، در طول عمر پيل سوختي نشان مي دهد. هدف اين مقاله بررسي تاثير شرايط عملكردي پيل سوختي بر روي افت عملكرد سيستم و نرخ خرابي مي باشد، با اعمال مدل توسعه يافته بر روي يك مورد خاص، نتايج ارايه و تحليل شده اند. نتايج نشان مي دهند كه در دما و فشار بالا و رطوبت مياني، مكانيسم هاي خرابي نرخ رشد بيشتري دارند و بر روي دوام و پايداري پيل سوختي تاثيرگذارند.

Performance degradation remains as one of the primary limitations for practical applications of proton exchange membrane (PEM) fuel cells. The performance of a PEM fuel cell stack is affected by many internal and external factors, such as fuel cell design and assembly, degradation of materials, operational conditions, and impurities or contaminants. Performance degradation is unavoidable, but the degradation rate can be minimized through a comprehensive understanding of degradation and failure mechanisms. In present work, a single PEM fuel cell is investigated. Membrane and catalyst layers (anode and cathode electrodes) are considered as the critical components that affect the degradation of the cell. The model used in this work, diagnosis degradation of those layers (platinum degradation in catalyst layers and membrane thinning and dehydration in polymer membrane) and demonstrate degradations continuously, during fuel cell life time. The aim of this paper is to investigate the impact of operational condition of a single PEM fuel cell on the system performance, afterwards developed model applied to a case study and results are presented. Results indicate, at high temperature and pressure, and low humidity degradation mechanisms accelerated, these faulty conditions are amongst the most critical for fuel cell durability.