بررسی تجربی عملکرد یک سیستم توان یکپارچه سری پیل سوختی پلیمری انتها بسته هیدروژن-اکسیژن با سطح فعال بزرگ و سیستم رطوبت‌زن داخلی

پیل‌های سوختی پلیمری با آند و کاتد انتها بسته می‌توانند با سیستمی نسبتاً ساده درصد مصرف سوخت‌های اکسیژن و هیدروژن را افزایش دهند. با این‌وجود، تجمع آب در بخش انتهایی کانال‌های آند و کاتد موجب قحطی سوخت موضعی و در نتیجه کاهش عملکرد پیل سوختی می‌شود. در این مقاله، برای اولین بار یک طرح جدید برای سری پیل سوختی ارائه شده است که بدون استفاده از دستگاه‌های گردش مجدد سوخت که نیازمند صرف توان اضافی هستند، می‌تواند درصد مصرف سوخت را افزایش دهد. ایده اصلی طرح ارائه‌شده تقسیم سری به دو مرحله مجزا است: گاز خروجی از مرحله اول بعد از ورود به جداساز به مرحله بعدی وارد می‌شود. گازهای واکنشگر قبل از ورود به سلول‌ها از یک رطوبت‌زن یکپارچه با سری عبور کرده و رطوبت مورد نیاز برای عملکرد مناسب را کسب می‌کنند. در طرح ارائه‌شده اگرچه پیل سوختی در حالت انتهابسته کار می‌کند اما با توجه به مرحله‌ای بودن سری، بیشتر سلول‌ها در استوکیومتری بزرگتر از 1 کار می‌کنند. با این طراحی نیاز به تخلیه کمتری برای دفع آب تجمع‌یافته است. به عبارتی دیگر، کارایی طرح انتها بسته معادل طرح انتها باز خواهد شد. تمامی آزمون‌های عملکردی در یک سیستم قدرت یکپارچه با پیل سوختی انجام شده است.

Experimental Investigation of Integrated Power System of Dead-End Proton Exchange Membrane Fuel Cell H2/O2 Stack with Large Active Area and Internal Humidifier

Proton exchange membrane fuel cells with a deadended anode and cathode can obtain high hydrogen and oxygen utilization by a comparatively simple system. Accumulation of the water in the anode and cathode channels can lead to local fuel starvation, which degrades the performance of fuel cell. In this paper, for the first time, a new design for proton exchange membrane fuelcell stack is presented that can achieve higher fuel utilization without using fuel recirculation devices that consume parasitic power. Unified humidifier is another novelty that is applied for the first time. The basic concept of the design is to divide the anodic cells of a stack into two blocks by conducting the outlet gas of each stage to a separator and reentering to next stage, thereby constructing a multistage anode and cathode. In this design, higher gaseous flow rate is maintained at the outlet of the cells, even under deadend conditions, and this results in a reduction of purgegas emissions by hindering the accumulation of liquid water in the cells. The result shows that with this new design the deadend mode has the same performance as openend mode. All performance tests were carried out at an integrated power system.