مقايسه مدل‌هاي مختلف پيل سوختي غشا پليمري با بكارگيري فوم فلزي به عنوان توزيع كننده جريان

Comparison between different models of polymer membrane fuel cell using a metal foam as a flow distributor

استفاده از فوم فلزي به عنوان توزيع كننده جريان در پيل هاي سوختي غشا پليمري باعث كاهش وزن و حجم، توزيع يكنواخت تر گازهاي واكنش‌گر و در بعضي موارد حذف ماشين‌كاري براي ايجاد كانال هاي جريان مي شود. در اين مقاله 5 نمونه از پيل سوختي غشا پليمري شامل: مدلي كه در آن صفحه دو قطبي شامل دو كانال موازي است (مدل 1)؛ مدلي كه همانند مدل 1 است با اين تفاوت كه در اين مدل درون كانال ها فوم قرار داده شده است (مدل 2)؛ مدلي كه در آن شانه هاي ميان كانال ها در سمت آند و كاتد حذف گرديده و در سمت آند آن، فوم فلزي قرار داده شده است (مدل 3)؛ مدلي كه همانند مدل 3 است با اين تفاوت كه در سمت كاتد فوم فلزي قرار داده شده است (مدل 4) و در مدل 5 هم در سمت آند و هم در سمت كاتد فوم فلزي قرار داده شده است، مدل سازي شده است. نتايج نشان مي دهند كه استفاده از فوم فلزي چه در سمت آند و چه در سمت كاتد، علاوه بر اينكه ماكزيمم دما را در مدل هاي مختلف كاهش مي دهد به توزيع يكنواخت تر دما نيز كمك مي كند. همچنين شاخص يكنواختي نشان مي دهد كه توزيع چگالي جريان با حذف شانه در مدل هاي 3، 4 و 5 بسيار بهتر و يكنواخت تر صورت گرفته است. با مقايسه صورت گرفته بين مدل هاي محتلف مشاهده مي شود كه افت فشار ايجاد شده با وجود فوم فلزي، به دليل ضريب بالاي نفوذپذيري و تخلخل، نيز اندك است.

The use of metal foam as a distributor flow field in a polymeric electrolyte membrane fuel cell reduces the weight and volume of the fuel cell, causes more uniform distribution of the reactant gases and, in some cases, eliminates the machining process required to create the flow channels. In this paper five models of polymer electrolyte membrane fuel cells are simulated including: the model with bipolar plate consisting of two parallel channels (model 1); The model that is similar to model 1 except that in this case channels are filled with metal foam (model 2); The model in which the rib between the channels in anode and cathode side are eliminated and in the anode, metal foam is placed (model 3); the model that is similar to model 3 except that the metal foam is placed on the cathode side (model 4); in model 5, both the anode side and the cathode side are filled with metal foam. The results show that the use of metal foam in the anode or the cathode side, in addition to decreasing maximum temperature in the models also enables a more uniform temperature distribution. The uniformity index shows that the distribution of current density is much better and more uniform when the ribs in models 3, 4 and 5 are eliminated. Comparison conducted between different models shows that the pressure drop caused by the presence of the metal foam, due to the high coefficient of permeability and porosity of the foam, is small.