شبیه‌سازی اثر لایه‌ی کاتالیست روی عملکرد پیل‌سوختی پلیمری با استفاده از مدل فشرده

با وجود پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای که در دهه گذشته در مورد بهبود عملکرد، افزایش عمر و کاهش قیمت پیل ‌سوختی پلیمری به دست آمده است ولی همچنان سینتیک کند واکنش کاهش اکسیژن در کاتالیست کاتد و محدودیت انتقال جرم در آن، عامل اصلی افت ولتاژ و کاهش راندمان پیل‌ سوختی پلیمری می‏با‌شد. از این رو، در مطالعه حاضر یک پیل سوختی پلیمری با استفاده از مدل تقسیم شده مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از یک مدل توده‌ای جدید در شبیه‌سازی غشای پلیمری، اثرات مشخصات لایه کاتالیستی (بارگذاری پلاتین و ضخامت) و همچنین با استفاده از مدل تقسیم‌بندی شده، پخش جریان الکتریکی در راستای کانال مطالعه گردید. معادلات یک‌بعدی حاکم بر بخش‎های مختلف پیل سوختی شامل کاتد، آند و غشاء با استفاده از یک کد کامپیوتری در زبان برنامه نویسی متلب (matlab) حل شد. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش بارگذاری پلاتین، عملکرد پیل‌های سوختی پلیمری بهبود می‌یابد. همچنین افزایش ضخامت لایه کاتالیستی نیز به کاهش عملکرد پیل‌های سوختی پلیمری منجر خواهد شد. از طرفی بارگذاری پلاتین و ضخامت لایه کاتالیستی بر روی پخش جریان تاثیرگذار بوده و میزان یکنواختی پخش جریان با توجه به میزان رطوبت درون کانال در یک محدوده خاص، بهترین وضعیت را خواهد داشت.

simulation of the effect of catalyst layer on the performance of polymer fuel cell using lumped model

despite the significant advances achieved in the last decade on improving performance, increasing life and decreasing price of polymer fuel cells, the slow reaction kinetics of reduction of oxygen in the cathode catalyst and the limitation of mass transport are the main challenges in voltage drop and the loss of polymer fuel cell efficiency. therefore, in the present study, using a novel agglomerate model for the simulation of polymeric membranes combined with a segmented model , the effects of the catalytic layer (loading and thickness) on fuel cell performance have been investigated. the governing equations of the different parts of the fuel cell including cathode, anode and membrane have been solved using a computer code in matlab programming language (matlab). the results show that as platinum loading increases, the performance of polymer fuel cells improves. moreover, increasing the thickness of the catalyst layer leads to a reduction in the performance. in addition, the platinum loading and the thickness of the catalyst layer affect the flow distribution that is in the best design in a particular operation condition with respect to the moisture content inside the channel.